В мире компьютерной графики OpenGL — это мощная библиотека, широко используемая для рендеринга 3D-графики. Одной из распространенных задач графического программирования является преобразование экранных координат в мировые координаты. Этот процесс включает в себя преобразование координат из двухмерного экранного пространства в трехмерное мировое пространство. В этой статье мы рассмотрим несколько методов выполнения этого преобразования с использованием разговорного языка и попутно предоставим примеры кода.

1. Метод 1: использование матрицы перспективной проекции

Одним из популярных методов преобразования экранных координат в мировые координаты является использование матрицы перспективной проекции. Матрица проекции отображает 3D-точки на 2D-плоскость (экран) и может быть инвертирована для выполнения обратного преобразования.

Пример кода:

glm::mat4 projectionMatrix = glm::perspective(fov, aspectRatio, nearPlane, farPlane);
glm::mat4 viewMatrix = glm::lookAt(cameraPosition, cameraTarget, upVector);
glm::mat4 modelMatrix = glm::mat4(1.0f);
glm::vec4 screenPoint(screenX, screenHeight - screenY, 0.0f, 1.0f);
glm::mat4 viewProjection = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix;
glm::mat4 inverseVP = glm::inverse(viewProjection);
glm::vec4 worldPoint = inverseVP * screenPoint;
glm::vec3 worldCoordinates = glm::vec3(worldPoint) / worldPoint.w;
// worldCoordinates now contains the converted world coordinates

1. Метод 2. Приведение лучей

Другой подход — использовать метод ray casting, который включает в себя направление луча из положения камеры в сцену и поиск точки пересечения с 3D-объектами. Этот метод может быть полезен при работе со сложными сценами или когда вам нужны более точные мировые координаты.

Пример кода:

glm::vec3 screenPoint(screenX, screenHeight - screenY, 0.0f);
glm::mat4 viewMatrix = glm::lookAt(cameraPosition, cameraTarget, upVector);
glm::mat4 projectionMatrix = glm::perspective(fov, aspectRatio, nearPlane, farPlane);
glm::vec4 viewport(0, 0, screenWidth, screenHeight);
glm::vec3 windowPoint = glm::unProject(screenPoint, viewMatrix, projectionMatrix, viewport);
// windowPoint now contains the world coordinates

1. Метод 3: использование буфера глубины

Буфер глубины, также известный как z-буфер, хранит информацию о глубине каждого пикселя на экране. Считав значение из буфера глубины по координатам экрана, мы можем получить соответствующие мировые координаты.

Пример кода:

float depthValue = readDepthBuffer(screenX, screenHeight); // Custom function to read depth buffer
glm::vec3 worldCoordinates = glm::unProject(glm::vec3(screenX, screenHeight - screenY, depthValue), viewMatrix, projectionMatrix, viewport);
// worldCoordinates now contains the converted world coordinates

Преобразование экранных координат OpenGL в мировые координаты — важнейшая задача в программировании 3D-графики. В этой статье мы рассмотрели несколько методов достижения такого преобразования, в том числе использование матрицы перспективной проекции, приведение лучей и использование буфера глубины. Поняв эти методы и внедрив их в свои проекты, вы сможете эффективно преобразовать взаимодействие на экране в соответствующие позиции в 3D-мире.