Войти
ПрограммированиеСтатьиГрафика

Способ выделения объектов мышью в OpenGL приложениях.

Автор: Курковский Александр


В этой статье я хочу ещё раз вернуться к проблеме выделения объектов 3D сцены с помощью курсора мыши. Основная масса способов решения этой задачи основана на вычислении так называемого селектирующего отрезка СО (или луча), проходящего через точку наблюдения и координаты курсора мыши в мировой системе координат МСК. После чего все объекты сцены тестируются на пересечение с этим отрезком и в зависимости от результата тестирования - выделяются (например, окрашиваются особым цветом). Наибольшие трудности обычно вызывает процесс перевода оконных координат курсора в соответствующие ему мировые координаты, которые зависят от текущих матриц преобразований (GL_MODELVIEW, GL_PROJECTION), текущих размеров окна и параметров viewport-a (аргументов последней команды glViewport(...)).

Читая книгу [1] я наткнулся на очень простой и изящный способ решения этой задачи в OpenGL приложении с помощью замечательной команды gluUnProject(...), о существовании которой раньше я ничего не знал. Для тех, кто уже знаком с этой командой, весь текст, приводимый далее, будет неинтересен. Для тех же, кто с ней не знаком или не читал книгу [1], приведу куски кода, демонстрирующие использование этой команды.

Итак, функция gluUnProject, прототип которой находится в файле glu.h имеет вид:

int APIENTRY gluUnProject (
    GLdouble       winx, 
    GLdouble       winy, 
    GLdouble       winz, 
    const GLdouble modelMatrix[16], 
    const GLdouble projMatrix[16], 
    const GLint    viewport[4], 
    GLdouble       *objx, 
    GLdouble       *objy, 
    GLdouble       *objz); 

, где
winx, winy    - x,y координаты курсора мыши в системе координат viewport-a.
winz          - z координата курсора мыши. Задаётся в пределах -1..+1
              (-1 для ближней плоскости отсечения и +1 для дальней).
modelMatrix    - текущая матрица видового преобразования.
projMatrix    - текущая матрица проективного преобразования.
viewport      - текущие параметры viewport-a.
objx,objy,objz - возвращаемые мировые координаты.

Далее приведу текст функции, которая по оконным координатам курсора вычисляет мировые координаты концов селектирующего отрезка СО, который можно использовать для выделения объектов сцены.

class CVector3
{
  public:
  float x,y,z;
};

void calc_select_line(int mouse_x, int mouse_y, CVector3& p1, CVector3& p2)
{
  // mouse_x, mouse_y  - оконные координаты курсора мыши.
  // p1, p2            - возвращаемые параметры - концы селектирующего отрезка,
  //                     лежащие соответственно на ближней и дальней плоскостях
  //                     отсечения.
  GLint    viewport[4];    // параметры viewport-a.
  GLdouble projection[16]; // матрица проекции.
  GLdouble modelview[16];  // видовая матрица.
  GLdouble vx,vy,vz;       // координаты курсора мыши в системе координат viewport-a.
  GLdouble wx,wy,wz;       // возвращаемые мировые координаты.

  glGetIntegerv(GL_VIEWPORT,viewport);           // узнаём параметры viewport-a.
  glGetDoublev(GL_PROJECTION_MATRIX,projection); // узнаём матрицу проекции.
  glGetDoublev(GL_MODELVIEW_MATRIX,modelview);   // узнаём видовую матрицу.
  // переводим оконные координаты курсора в систему координат viewport-a.
  vx = mouse_x;
  vy = height - mouse_y - 1; // где height - текущая высота окна.

  // вычисляем ближний конец селектирующего отрезка.
  vz = -1;
  gluUnProject(vx, vy, vz, modelview, projection, viewport, &wx, &wy, &wz);
  p1 = CVector3(wx,wy,wz);
  // вычисляем дальний конец селектирующего отрезка.
  vz = 1;
  gluUnProject(vx, vy, vz, modelview, projection, viewport, &wx, &wy, &wz);
  p2 = CVector3(wx,wy,wz);
}

Вот и всё!

Если Вам не требуется тестировать объекты сцены на пересечение с СО, а лишь нужно узнать мировые координаты видимой точки поверхности объекта, лежащей под курсором мыши, то в качестве параметра vz следует подставить соответствующее данному пикселю значение буфера глубины. Узнать его можно при помощи команды:

glReadPixels(vx, vy, 1, 1, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, &vz);

Если объект сцены состоит из треугольников, то для проверки пересечения треугольника с СО можно воспользоватьс  функцией:

bool intersect_triangle_line(CVector3  v1, // вершины треугольника.
                             CVector3  v2,
                             CVector3  v3,
                             CVector3  n,  // нормаль треугольника.
                             CVector3  p1, // первый конец отрезка.
                             CVector3  p2, // второй конец отрезка.
                             CVector3& pc) // возвращаемая точка пересечения.
{
  // вычисляем расстояния между концами отрезка и плоскостью треугольника.
  float r1 = n & (p1 - v1);
  float r2 = n & (p2 - v1);
  // если оба конца отрезка лежат по одну сторону от плоскости, то отрезок
  // не пересекает треугольник.
  if( f1_sgn(r1) == f1_sgn(r2) ) return FALSE;
  // вычисляем точку пересечения отрезка с плоскостью треугольника.
  CVector3 ip = (p1 + ((p2 - p1) * (-r1 / (r2 - r1))));
  // проверяем, находится ли точка пересечения внутри треугольника.
  if( (((v2 - v1) ^ (ip - v1)) & n) <= 0) return FALSE; 
  if( (((v3 - v2) ^ (ip - v2)) & n) <= 0) return FALSE;
  if( (((v1 - v3) ^ (ip - v3)) & n) <= 0) return FALSE;
  pc = ip; return TRUE; 
}

Здесь:

Операции с векторами " & " и " ^ " обозначают соответственно Dot Product и Cross Product.

int f1_sgn(const float& k) // - функция, вычисляющая знак числа.
{
  if( k > 0 ) return 1;
  if( k < 0 ) return -1;
  return 0;
}

Литература:

[1] - "OpenGL графика в проектах DELPHI" М.Краснов.  (стр. 314)

#OpenGL, #выделение объектов

17 февраля 2002

Комментарии [27]