openGL 光线拾取

Posted 2023-02-22

【中文标题】openGL 光线拾取

【英文标题】：openGL ray pick

【发布时间】：2014-03-05 02:06:41

【问题描述】：

一般的Ray拾取过程如下（实验结果证明是正确的）：

将屏幕点转换为标准化的设备空间方向向量：

float x = (2.0f * mouse_x) / width - 1.0f;
float y = 1.0f - (2.0f * mouse_y) / height;
float z = 1.0f;
vec3 ray_nds = vec3 (x, y, z);

将方向向量转换为齐次剪辑坐标

vec4 ray_clip = vec4 (ray_nds.xy, -1.0, 1.0);

将方向向量转换为眼睛空间方向向量

vec4 ray_eye = inverse (projection_matrix) * ray_clip;

将方向向量转换到世界空间，得到一个带有世界空间相机位置和方向向量的拾取射线

我的问题是，在标准化设备空间中，为什么方向向量的 z 分量是 1.0？ 我的意思是，在OpenGL规范化的设备空间中，xyz分量应该都在-1~1的范围内，所以相机应该在平面z=-1的中心。所以方向向量应该是：view target position - camera position，z分量应该是1-(-1)=2.0f。 （在 DirectX 归一化设备空间中，xy 分量在 -1~1 范围内，z 分量在 0~1 范围内，相机位置应该在平面 z=0 的中心，例如，(0, 0,0)，方向向量的z分量应该是1-0=1)

【参考方案1】：

ray_nds.z 完全无关紧要，因为无论如何你都不使用它。那是因为你不知道像素的深度。

ray_clip不是方向，而是投影后近剪裁平面（z=-1）上的位置。如果您撤消此投影（使用逆投影矩阵），您最终会在相机空间中得到相同的点。在相机空间中，相机以(0, 0, 0) 为中心。射线的方向向量可以用ray_eye - (0, 0, 0)计算，本质上就是ray_eye。所以如果我们忽略 w 分量，我们可以使用位置作为方向。这仅适用于相机空间！剪辑空间和世界空间最有可能将投影中心放在其他地方。

不要混淆不同空间中的相机位置。在相机空间中，它位于原点。在剪辑空间中，可以假设它位于(0, 0, -infinity)。点(x, y, ...) 只是被相应像素覆盖的任意点。您需要其中任何一个来定义射线。

【参考方案2】：

摄像头不在 z=-1（或 0）处，它甚至位于其后面。

near clip plane 位于 z=-1。这使得这类数学变得复杂，因为所有涉及的方程如果被追踪，就会产生不通过 0 的曲线。因此，我们总是会携带大量的 zn 和 zm。

检查一下，等式 4.2：http://www.arcsynthesis.org/gltut/Positioning/Tut04%20Perspective%20Projection.html。

更可怕但更完整：http://www.songho.ca/opengl/gl_projectionmatrix.html

更多链接： http://unspecified.wordpress.com/2012/06/21/calculating-the-gluperspective-matrix-and-other-opengl-matrix-maths/

http://schabby.de/projection-matrix/