尝试在 LWJGL 中使用着色器移动对象时我做错了什么？

Question

我正在尝试使用着色器将网格的点正确地转换和投影到 window 的表面（感兴趣的点是负责输出最终顶点位置的顶点着色器）。

模型（quad）由以下顶点表示：[-0.5f, 0.5f, 0f] (V0), [-0.5f, -0.5f, 0f] (V1), [0.5f, -0.5f, 0f] (V2), [0.5f, 0.5f, 0].

我有以下两种方法创建透视投影矩阵：

public static Matrix4f getProjectionMatrix(float fovy, int width, int height, float zNear, float zFar) {
    float aspectRatio = (float) width / height;
    projectionMatrix.perspective(fovy, aspectRatio, zNear, zFar);
    return projectionMatrix;
}

此方法可在 Transformations class 创建并 returns 透视投影矩阵中找到。

fovy = 垂直视野
宽度 = window
的宽度
身高 = window
的身高
zNear = 近裁剪面

zFar = 远裁剪平面

 public Matrix4f perspective(float fovy, float aspectRatio, float zNear, float zFar) {
     float scale = (float) (Math.tan(fovy * 0.5) * zNear);
     float top = scale;
     float right = top * aspectRatio;
     float bottom = -top;
     float left = bottom * aspectRatio;

     this.m00 = 2*zNear / (right - left);
     this.m03 = (right + left) / (right - left);
     this.m11 = 2*zNear / (top - bottom);
     this.m12 = (top + bottom) / (top - bottom);
     this.m22 = -(zFar + zNear) / (zFar - zNear);
     this.m23 = -2*zFar*zNear / (zFar - zNear);
     this.m32 = -1;

     return this;

} 这个方法在Matrix4fclass.

这是 Matrix4f 的开头 class，带有 Matrix4f 实例变量和构造函数：

public class Matrix4f {
    float m00, m01, m02, m03;
    float m10, m11, m12, m13;
    float m20, m21, m22, m23;
    float m30, m31, m32, m33;

public Matrix4f() {
    m00 = 1.0f; m01 = 0.0f; m02 = 0.0f; m03 = 0.0f;
    m10 = 0.0f; m11 = 1.0f; m12 = 0.0f; m13 = 0.0f;
    m20 = 0.0f; m21 = 0.0f; m22 = 1.0f; m23 = 0.0f;
    m30 = 0.0f; m31 = 0.0f; m32 = 0.0f; m33 = 1.0f;
}

调用构造函数后，单位矩阵已经创建。唯一剩下的就是知道如何初始化透视投影矩阵。这是在调用 class Transformations:

的构造函数时完成的

public class Transformations {
    private Matrix4f translationMatrix;
    private static Matrix4f projectionMatrix;

    public Transformations() {
        translationMatrix = new Matrix4f();
        projectionMatrix = new Matrix4f();
    }

现在是平移矩阵。 Transformations class 通过创建方法 getTranslationMatrix(float x, float y, float z) 提供了创建它的功能，并且 returns 使用参数的翻译矩阵：

public Matrix4f getTranslationMatrix(float x, float y, float z) {
    translationMatrix.m03 = x;
    translationMatrix.m13 = y;
    translationMatrix.m23 = z;
    return translationMatrix;
}

为了真正拥有代表游戏模型的东西，我创建了一个名为 GameEntity 的 class。它代表模型的网格和位置：

public class GameEntity {

    private final Mesh mesh;
    private Vector3f position;

    public GameEntity(Mesh mesh) {
        this.mesh = mesh;
        position = new Vector3f(0, 0, 0);
    }

    public Vector3f getPosition() {
        return position;
    }    

    public void updatePosition(float x, float y, float z) {
        position.x += x;
        position.y += y;
        position.z += z;
    }

    public Mesh getMesh() {
        return mesh;
    }
}

updatePosition 方法应该将实体作为一个整体围绕 window 移动。我不会在这里包含 Mesh class 的代码解释。您只需要知道它包含关于 GameEntity 的网格（顶点）数据，例如顶点位置、顶点颜色、索引等，它们都存储在一个顶点数组对象中，然后依次用于将 Mesh 实例渲染到 window 上。在我的例子中，形成四边形的两个三角形表示为 GameEntity 实例。

移动模型: updatePosition方法每次调用W,A,S,D,space 或左移被按下。它按设定的数量更新 GameEntity 实例（存储在 GameEntity[] entities 数组中索引 0 处）的位置：

    private void processInput() {
        glfwPollEvents();

        if (window.keys[GLFW_KEY_W]) {
            entities[0].updatePosition(0, 0, -1.0f);
        } else if (window.keys[GLFW_KEY_S]){
            entities[0].updatePosition(0, 0, 1.0f);
        } else if (window.keys[GLFW_KEY_A]) {
            entities[0].updatePosition(1.0f, 0, 0);
        } else if (window.keys[GLFW_KEY_D]) {
            entities[0].updatePosition(-1.0f, 0, 0);
        } else if (window.keys[GLFW_KEY_SPACE]) {
            entities[0].updatePosition(0, 1.0f, 0);
        } else if (window.keys[GLFW_KEY_LEFT_SHIFT]) {
            entities[0].updatePosition(0, -1.0f, 0);
        } 
     }

此方法在主游戏循环中调用。

然后，在 Renderer class 中，模型的平移矩阵是基于它的位置和投影矩阵是根据window对象的属性构建的：

private ShaderProgram shaderProgram;
private Window window = new Window();

private final Transformations transformation;

private Matrix4f translationMatrix = new Matrix4f();
private Matrix4f projectionMatrix = new Matrix4f();


private static double angleOfView = 60.0;
private static final float FOVY = (float) Math.toRadians(angleOfView);
private static final float zNear = 0.01f;
private static final float zFar = 1000.0f;

shaderProgram.createUniform("translationMatrix");
shaderProgram.createUniform("projectionMatrix");

public void render(Window window, GameEntity[] entities) {
    i++;
    
    clear();
    
    if (window.isResized()) {
        glViewport(0, 0, window.getWidth(), window.getHeight());
        window.setResized(false);
    }

    //make the shaders active
    shaderProgram.bind();
    
    //update the projection matrix
    Matrix4f projectionMatrix = transformation.getProjectionMatrix(FOVY, window.getWidth(), window.getHeight(), zNear, zFar);
    
    shaderProgram.setUniformMatrix("projectionMatrix", projectionMatrix);
    
    //render each game item
    for(GameEntity entity : entities) {
        Matrix4f translationMat = transformation.getTranslationMatrix(entity.getPosition());
        shaderProgram.setUniformMatrix("translationMatrix", translationMat);
        entity.getMesh().render();
    }

    shaderProgram.unbind();
}

首先，定义所有统一位置（在 render() 方法之上）。

clear() 方法清除渲染缓冲区 - 它准备渲染新图像。在下面的 if 子句中，处理 window 调整大小操作。如果调整 window 的大小，则具有相应方法的 if 子句将更新 window 的 width 和 height 以匹配调整后的 window.

projectionMatrix 由定义为 Renderer class（FOVY、zNear、zFar）的实例变量的变量构成，并且获取 window 对象（window.getWidth()、window.getHeight()）的当前宽度和高度的两个变量。

然后，通过调用shaderProgram.setUniformMatrix("projectionMatrix", projectionMatrix);:

将投影矩阵“发送”到顶点着色器

private final Map<String, Integer> uniforms;

public void createUniform(String uniformName) throws Exception {
    int uniformLocation = glGetUniformLocation(programID, uniformName);

    if (uniformLocation < 0) {
        throw new Exception("[ShaderProgram.createUniform]: Couldn't find uniform: " + uniformName);
    }
    uniforms.put(uniformName, uniformLocation);
}

此方法位于 ShaderProgram class 中，其中包含对活动着色器程序和统一变量的引用与之关联的存储在 uniforms Hashmap..

然后，在 for 循环内，渲染两个四边形。首先，根据 GameInstance 的位置值构造平移矩阵，表示为三元组向量 (x, y, z)。然后，创建的矩阵被“发送”到顶点着色器。

现在，将透视投影 (projectionMatrix) 和平移矩阵 (translationMatrix) 发送到顶点着色器后，是时候调用上的渲染方法了Mesh 实例来渲染它。 render() 方法的代码（在 entity.getMesh().render() 的上下文中）是：

public void render() {
    glBindVertexArray(getVaoID());
    glEnableVertexAttribArray(0);
    glEnableVertexAttribArray(1);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, getIndicesVboID());

    glDrawElements(GL_TRIANGLES, getVertexCount(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
    
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);
    glDisableVertexAttribArray(0);
    glBindVertexArray(0);
}

然而，结果并不令人满意。当按下 W 或 S 时，四边形（两个三角形）离“我们”更远或更近，这是正确的。但是，当按下 A 或 D 时（应在 x 轴上平移模型），四边形（两个三角形）不会平移。 它只是围绕它的中心旋转。如何解决这个问题？

Answer 1

似乎 row/column 命名有问题。

据我了解，矩阵中的代码单元格 mij 是 col=i, row=j

OpenGL 需要一个 16 值数组，即 13、14、15 位置的转换。通常这称为 "column major order"，第 4 列表示翻译。

所以试试这个：

public Matrix4f getTranslationMatrix(float x, float y, float z) {
    translationMatrix.m30 = x;
    translationMatrix.m31 = y;
    translationMatrix.m32 = z;
    return translationMatrix;
}

此外，请检查您的 perspective。我认为您在 ij 索引中有一些错误。 ii 细胞看起来不错。

尝试在 LWJGL 中使用着色器移动对象时我做错了什么？

What am I doing wrong when trying to move an object using shaders in LWJGL?

java

opengl

glsl

lwjgl