QT+OpenGL鼠标操作和模型控制

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鼠标拾取

• 需要将世界坐标转换为视口坐标

void glReadPixels(GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsizei height, GLenum format, GLenum type, void *data);

理论有点小复杂

Mouse Picking with Ray Casting - Anton’s OpenGL 4 Tutorials (antongerdelan.net) 参考这篇文章

这部分不懂的话，暂时是没关系的，可以接着往下看代码，然后去看我的项目。

光线追踪法 从鼠标投射 3D 射线， 通过摄像机，进入场景，然后检查该光线是否与某个对象相交。

从鼠标计算射线

第 0 步：2D 视口坐标

range [0:width, height:0]

我们从鼠标光标坐标开始。这些是 2d，并且在视口坐标系中。首先我们需要获取鼠标 x，y 像素 坐标。

如果是QT的话，可以直接使用QT的mousePressEvent的evnet->pos();

这给了我们一个 x 在 0：width 和 y 从height：0 开始。请记住，0 位于此处的屏幕顶部，因此 y 轴方向与其他坐标系中的方向相反。

第 1 步：3d归一化设备坐标

range [-1:1, -1:1, -1:1]

下一步是将其转换为 3D 规范化设备坐标。 这应该在 x [-1：1] y [-1：1] 和 z [-1：1] 的范围内。我们有一个 x 和 y已经，所以我们缩放它们的范围，并反转y的方向。

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);

第 2 步：4d齐次剪辑坐标

range [-1:1, -1:1, -1:1, -1:1]

我们希望我们的射线的z指向前方 - 这通常是 OpenGL 样式中的负 z 方向。我们可以添加一个 ，这样我们就有一个 4d 向量w, 当然对于QT我们可以用QVector4D替换下面的vec4.

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

第 3 步：4d眼(相机)坐标

range [-x:x, -y:y, -z:z, -w:w]

通常，为了从眼睛空间进入剪辑空间，我们将向量乘以 投影矩阵。我们可以通过乘以这个的倒数来倒退 矩阵。

vec4 ray_eye = inverse(projection_matrix) * ray_clip;

现在，我们只需要取消x,y部分的投影，所以让我们手动设置z,w部分的意思是“向前，而不是一个点”。

ray_eye = vec4(ray_eye.xy, -1.0, 0.0);

第 4 步：4d 世界坐标

range [-x:x, -y:y, -z:z, -w:w]

同样，回到转换管道的另一个步骤。记住，我们手动为z分量指定了一个-1，这意味着我们的射线没有归一化。我们应该在使用它之前把它弄清楚。

vec3 ray_wor = (inverse(view_matrix) * ray_eye).xyz;
// don't forget to normalise the vector at some point
ray_wor = normalise(ray_wor);

这将为我们平衡上下、左右和前进组件。所以，假设我们的摄像机直接沿着-Z世界轴看，当鼠标在屏幕中心时，我们应该得到[0,0，-1]，而当鼠标在屏幕上移动时，z值就不那么重要了。这将取决于纵横比，以及视图和投影矩阵中定义的视场。我们现在有一条射线，可以和世界空间中的曲面进行比较。

代码展示

// (传入参数为鼠标点击的坐标)计算世界坐标
QVector4D TurboOpenGLWidget::worldPositionFromMousePosition(const QPoint &pos)
{
    float winZ;
    glReadPixels((int)pos.x(), this->height() - (int)pos.y(),
                 1,1,GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, &winZ);
    float x = (2.0 * pos.x()) / this->width() - 1.0f;
    float y = 1.0f - (2.0f * pos.y()) / this->height();
    float z = winZ * 2.0 -1.0f;

    float w = (2.0 * near_ * far_) / (far_ + near_ - z *(far_ - near_));
    QVector4D worldPosition(x, y, z, 1);
    worldPosition *= w;
    worldPosition = view.inverted() * projection.inverted() * worldPosition;
    return worldPosition;
}

模型控制

多模型加载

我们需要用之前模型加载那一块的代码，然后修改成可以加载多个模型的代码。

为此我们需要添加一个类型:

struct ModelInfo
{
    Model *model;
    QVector3D world_pos;
    float pitch;
    float roll;
    float yaw;
    bool is_selected;
    QString name;
}
QMap<QString, ModelInfo> models_;

然后需要将loadModel 修改为多模型的

void TurboOpenGLWidget::loadModel(const QString &file)
{
    makeCurrent();
    static int model_i = 0;
    Model *model = new Model(QOpenGLContext::currentContext()->versionFunctions<QOpenGLFunctions_4_5_Core>(),
                       file.toStdString());
    camera_.setPosition(cameraPositionInit(model->max_y_, model->min_y_));
    models_["aa" + QString::number(model_i++)] = ModelInfo{model, QVector3D(0, 0, 0), 0.0, 0.0, 0.0, false, "aa"};
    doneCurrent();
}

之后需要对绘制的地方进行修改，遍历加载的模型然后绘制对应的模型。

选中模型

选中模型就是需要判断鼠标点击的位置和模型所在位置是否重叠，如果在一定范围内是重叠的则认为我们选中了该模型。

// 判断鼠标是否选中模型
void TurboOpenGLWidget::mousePressEvent(QMouseEvent *event)
{
    bool hasSelected=false;
    makeCurrent();
    if(event->buttons() & Qt::LeftButton)
    {
        QVector4D worldPosition;
        worldPosition = worldPositionFromMousePosition(event->pos());
        emit sig_worldPosition(worldPosition);
        for(QMap<QString, ModelInfo>::iterator iter=models_.begin();iter!=models_.end();iter++){
            ModelInfo *modelInfo=&iter.value();
            float r=(modelInfo->model->max_y_-modelInfo->model->min_y_)/2;
            if(modelInfo->world_pos.distanceToPoint(QVector3D(worldPosition))<r
               &&!hasSelected){
                modelInfo->is_selected=true;
                hasSelected=true;
            }
            else
                modelInfo->is_selected=false;
        }
    }
    QWidget::mousePressEvent(event);
}

模型旋转和移动

// 双击时候选中模型
void TurboOpenGLWidget::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event)
{
    Q_UNUSED(event);
    if(model_moving_){
        //再次双击取消移动
        model_moving_=false;
    }else
        foreach(auto modelInfo,models_){
        //双击启动移动
        if(modelInfo.is_selected==true)
            model_moving_=true;
    }

    QWidget::mouseDoubleClickEvent(event);
}
// 如果是移动的状态则移动模型

void TurboOpenGLWidget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event)
{
    makeCurrent();
    static QPoint lastPos(width()/2, height()/2);
    if(model_moving_){
        for(auto iter=models_.begin();iter!=models_.end();iter++){
            ModelInfo *modelInfo=&iter.value();
            if(!modelInfo->is_selected) continue;
            modelInfo->world_pos=
                    QVector3D(worldPositionFromMousePosition(event->pos());
        }
    }
    else if(event->buttons() & Qt::RightButton
       || event->buttons() & Qt::LeftButton
       || event->buttons() & Qt::MiddleButton){

        auto currentPos=event->pos();
        QPoint deltaPos=currentPos-lastPos;
        lastPos=currentPos;
        if(event->buttons() & Qt::RightButton)
            camera_.processMouseMovement(deltaPos.x(),-deltaPos.y());
        else
            for(auto iter=models_.begin();iter!=models_.end();iter++){
                ModelInfo *modelInfo=&iter.value();
                if(!modelInfo->is_selected) continue;
                if(event->buttons() & Qt::MiddleButton){
                    modelInfo->roll+=deltaPos.x();
                }
                else if(event->buttons() & Qt::LeftButton){
                    modelInfo->yaw+=deltaPos.x();
                    modelInfo->pitch+=deltaPos.y();
                }
            }
    }
    doneCurrent();
}