文档介绍:使用OpenGL实现三维坐标的鼠标拣选
Implementation of RIP(Ray-Intersection-Penetration)
3D Coordinates Mouse Selection Using OpenGL
顾 露 (武汉理工大学 计算机系 中科院智能设计与智能制造研究所 湖北武汉 )
摘要(Abstract):
本文提出并实现一种用于三维坐标拣选的RIP(Ray-Intersection-Penetration)方法。介绍了如何在已经渲染至窗口的三维场景中,使用鼠标或者相关设备拣选特定三维对象的方法。此方法对于正交投影或***投影均有效,相对于OpenGL自带的选择与反馈机制,本方法无论是拣选精度还是算法实现效率均高出许多,是一种比较通用的解决方案。
关键词(Keywords)
正交投影(Ortho-Projection)、***投影(Perspective-Projection)
世界坐标系、屏幕坐标系、三维拣选、OpenGL
一、简介(Introduction)
OpenGL是一种比较“纯粹”的3D图形API,一般仅用于三维图形的渲染,对于特定领域的开发者(如游戏开发者)而言,如果选择使用 OpenGL进行开发,类似碰撞检测的机制就都需要自行编写了。但是由于鼠标在图形程序中的应用非常非常之广泛(例如现在已经很少有PC游戏能完全地脱离鼠标),OpenGL在图形库的基础上添加了选择与反馈机制(Select & Feedback)来满足用户使用鼠标实时操作三维图形的需要。但由于种种原因,我们需要更为特殊的选择机制以满足特定需求,在这里我们提出了一种简单迅速的RIP(Ray-Intersection-Penetration)方法,可以满足绝大多数典型应用的需要。
二、相关研究(Related Work)
用过OpenGL选择与反馈机制的开发者,或多或少可能都会觉得它难以令人满意。大致表现在下面几个方面:
编写程序比较繁琐。
想要使用选择反馈机制就需要切换渲染模式,操作命名堆栈,计算拣选矩阵,检查选中记录,这些繁琐的步骤很容易出错,而且非常不便于调试,只会降低工作效率和热情。
只能做基于图元的选定。
如下图(1 - a),使用GL_TRIANGLES绘制了一个三角形,三个顶点分别为 P1、P2和P3。若使用该机制,你将只能判断是否在三维场景中选中了这个三角形(用户点击处是否在P1、P2和P3的范围内),而无法判断用户是点击了这个三角形哪一部分(是左边的m区域内还是右边的n区域内),因为所绘制的P1、P2和P3本身构成的三角形就是一个基本图元,对于拣选机制而言是不可分的
。当然,把这个三角形拆成两个三角形再分别进行测试也是一个可行的方案,可是看看图(1 - b),这可怎么拆呢?还有图(1 – c)呢?另外,如果n和m两个平面不共面呢?对于使用者而言,OpenGL提供的拣选机制功能的确有限。
三、降低了渲染效率。
OpenGL中的选择和反馈是与普通渲染方式不同的一种特殊的渲染方式。我们使用时一般是先在帧缓存中渲染普通场景,然后进入选择模式重绘场景,此时帧缓存的内容并无变化。也就是说,为了选择某些物体,我们需要在一帧中使用不