尝试使用带有 WebGL (regl) 的正交投影在屏幕 space 坐标中绘制形状

Question

我正在尝试使用 regl 实现一个非常简单的 drawRect() 函数，最终能够在 screen 中传递 x、y、宽度、高度 space（原点0,0在屏幕左上角）

这是我目前的情况：

const regl = require('regl')();
const mat4 = require('gl-mat4');

var drawRect = regl({
    frag: `
      precision mediump float;
      uniform vec4 color;
      void main() {
        gl_FragColor = color;
      }`,

    vert: `
      precision mediump float;
      attribute vec2 position;
      uniform vec2 offset;
      uniform vec2 scale;
      uniform float viewportWidth;
      uniform float viewportHeight;
      uniform mat4 projection;
      void main() {
        // windows ratio scaling factor.
        float r = (viewportWidth) / (viewportHeight);
        gl_Position = projection * vec4(position.xy * scale, 0, 1);
      }`,

    attributes: {
        position: [
            [-1, -1], //tri 1 bottom left
            [1, 1],
            [-1, 1],
            [-1, -1],
            [1, -1],
            [1, 1]
        ]
    },

    uniforms: {
        offset: regl.prop('offset'),
        scale: regl.prop('scale'),
        color: regl.prop('color'),
        viewportWidth: regl.context('viewportWidth'),
        viewportHeight: regl.context('viewportHeight'),
        projection: ({ viewportWidth, viewportHeight }) => {
            //glm::ortho(0.0f, 800.0f, 0.0f, 600.0f, 0.1f, 100.0f);
            //ortho(out:mat4, left, right, bottom, top, near, far)
            // this makes everything blank
            var m = mat4.ortho(
                [],
                0,
                viewportWidth,
                0,
                viewportHeight,
                0.1,
                100.0
            );
            console.log(m);
            return m;

        }
    },

    depth: {
        enable: false
    },

    cull: {
        enable: true
    },

    count: 6,

    viewport: {
        x: 0,
        y: 0,
        width: window.innerWidth,
        height: window.innerHeight
    }
});

regl.clear({
    color: [0, 0, 0, 255],
    depth: 1
});

// all these coordinates are in clip-space* right now (* I think)
// but I'd like to be able to pass in screen-space coordinates
drawRect([
    {
        offset: [0, 0],
        scale: [0.002, 0.002],
        color: [1, 0.2, 0.2, 1]
    },
    {
        offset: [0, -0.2],
        scale: [0.2, 0.05],
        color: [1, 0.2, 1, 1]
    },
    {
        offset: [0, 0],
        scale: [0.5, 0.5],
        color: [0.2, 0.2, 1, 1]
    }
]);

目前它绘制了一个空白屏幕（我猜是由于投影矩阵剪裁或将所有内容移到了视口之外）。如果您从顶点着色器中删除投影或在投影属性中使用单位矩阵，则它会再次呈现蓝色正方形。

所以我的问题是：

我在这里做错了什么？为什么我的正交投影不起作用？
我以后要如何调试才能"see"得到坐标以及它们是怎么错的？

我已经阅读了一些 SO 问题、OpenGL 书籍和博客，但我被困在这里，因为这似乎应该可行。

相关资源：

https://unspecified.wordpress.com/2012/06/21/calculating-the-gluperspective-matrix-and-other-opengl-matrix-maths/ https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/WebGL_API/WebGL_model_view_projection https://webglfundamentals.org/webgl/lessons/webgl-2d-matrices.html WebGL Isometric projection Want an OpenGL 2D example (VC++, draw a rectangle) http://songho.ca/opengl/gl_transform.html

编辑：修正了视口宽度在正射投影中被使用两次的问题。这修复了一个空白屏幕，但是原点现在是左下角而不是左上角。切换正射投影参数再次导致黑屏。

Answer 1

投影矩阵描述了从场景的 3D 点到视口的 2D 点的映射。投影矩阵从视图 space 变换到剪辑 space。剪辑 space 中的坐标通过除以 w 转换为 (-1, -1, -1) 到 (1, 1, 1) 范围内的标准化设备坐标 (NDC)剪辑坐标的分量。

在正交投影中，视图中的坐标 space 线性映射到剪辑 space 坐标，剪辑 space 坐标等于标准化设备坐标，因为 w分量为1（对于笛卡尔输入坐标）。

left、right、bottom、top、near 和 far 的值定义了一个框。盒子体积内的所有几何体在视口上都是 "visible"。

最后，规范化的设备坐标被线性映射到视口。

当您像这样设置正交投影时：

var m = mat4.ortho([], 0, viewportWidth, 0, viewportHeight, 0.1, 100.0);

然后将左下(0, 0)和右上(viewportWidth, viewportHeight)的矩形映射到NDC从 (-1, -1) 到 (1, 1).

当您像这样设置视口时：

viewport: {x: 0, y: 0, width: window.innerWidth, height: window.innerHeight}

然后NDC映射到左下(0, 0)和右上(viewportWidth, viewportHeight)[=100的视口矩形=].

这意味着，(0, 0, window.innerWidth, window.innerHeight) 中的视图坐标映射到视口矩形 (0, 0, window.innerWidth, window.innerHeight)。因此，您正在绘制 "window"（像素）坐标。

如果您有这样定义的几何体：

position: [[-1, -1], [1, 1], [-1, 1], [-1, -1], [1, -1], [1, 1] ] { offset: [0, 0], scale: [0.5, 0.5], color: [0.2, 0.2, 1, 1] }

然后这个几何体的大小，是视口上的 1*1 像素 - 从 (-1, -1) 到 (1, 1)，尺度为(0.5, 0.5).

增加比例（例如 scale: [100, 100]）以解决您的问题。

此外，几何体必须位于近平面和远平面之间，才能位于视体积内。

在您的例子中，几何体的 z 坐标为 0，如顶点着色器中所指定：

gl_Position = projection * vec4(position.xy * scale, 0, 1);

但近平面为 0.1，远平面为 100.0，正射投影中指定：

var m = mat4.ortho([], 0, viewportWidth, 0, viewportHeight, 0.1, 100.0);

这会导致几何被近平面裁剪，因为 z 坐标小于近平面。

更改近平面，解决问题：

var m = mat4.ortho([], 0, viewportWidth, 0, viewportHeight, -100.0, 100.0);

正交投影矩阵如下所示：

r = right, l = left, b = bottom, t = top, n = near, f = far 2/(r-l) 0 0 0 0 2/(t-b) 0 0 0 0 -2/(f-n) 0 -(r+l)/(r-l) -(t+b)/(t-b) -(f+n)/(f-n) 1

根据评论：

for mat4.ortho, top left origin should be mat4.ortho([], 0, viewportWidth, viewportHeight, 0, -1, 1) but with that projection nothing appears on the screen again.

如果top为0且bottom为正值，则y轴变为负值，因为2/(top-bottom)。

要解决的问题是您可以手动反转 y 轴：

var m = mat4.ortho([], 0, viewportWidth, -viewportHeight, 0, -1, 1);

在这种情况下，您必须反转偏移量，因为视图的右上角 (0, 0) 而左下角是 (viewportWidth ,-viewportHeight).

例如

offset: [250, -250]

如果你会使用

var m = mat4.ortho([], 0, viewportWidth, viewportHeight, 0, -1, 1);

然后你必须反转 y 尺度。

例如

scale: [100, -100]

尝试使用带有 WebGL (regl) 的正交投影在屏幕 space 坐标中绘制形状

Trying to draw shapes in screen-space coordinates using an orthographic projection with WebGL (regl)

javascript

matrix

webgl

regl