精度問題 - 遠離原點的觀點 - OpenGL C ++

Question

我有一個用於控制相機的相機類，主要功能是：

void PNDCAMERA::renderMatrix()
{
    float dttime=getElapsedSeconds();
    GetCursorPos(&cmc.p_cursorPos);
    ScreenToClient(hWnd, &cmc.p_cursorPos);

    double d_horangle=((double)cmc.p_cursorPos.x-(double)cmc.p_origin.x)/(double)screenWidth*PI;
    double d_verangle=((double)cmc.p_cursorPos.y-(double)cmc.p_origin.y)/(double)screenHeight*PI;

    cmc.horizontalAngle=d_horangle+cmc.d_horangle_prev;
    cmc.verticalAngle=d_verangle+cmc.d_verangle_prev;

    if(cmc.verticalAngle>PI/2) cmc.verticalAngle=PI/2;
    if(cmc.verticalAngle<-PI/2) cmc.verticalAngle=-PI/2;

    changevAngle(cmc.verticalAngle);
    changehAngle(cmc.horizontalAngle);

    rightVector=glm::vec3(sin(horizontalAngle - PI/2.0f),0,cos(horizontalAngle - PI/2.0f));
    directionVector=glm::vec3(cos(verticalAngle) * sin(horizontalAngle), sin(verticalAngle), cos(verticalAngle) * cos(horizontalAngle));

    upVector=glm::vec3(glm::cross(rightVector,directionVector));

    glm::normalize(upVector);
    glm::normalize(directionVector);
    glm::normalize(rightVector);


    if(moveForw==true)
    {
        cameraPosition=cameraPosition+directionVector*(float)C_SPEED*dttime;
    }
    if(moveBack==true)
    {
        cameraPosition=cameraPosition-directionVector*(float)C_SPEED*dttime;
    }
    if(moveRight==true)
    {
        cameraPosition=cameraPosition+rightVector*(float)C_SPEED*dttime;
    }
    if(moveLeft==true)
    {
        cameraPosition=cameraPosition-rightVector*(float)C_SPEED*dttime;
    }

    glViewport(0,0,screenWidth,screenHeight);
    glScissor(0,0,screenWidth,screenHeight);
    projection_matrix=glm::perspective(60.0f, float(screenWidth) / float(screenHeight), 1.0f, 40000.0f);

    view_matrix = glm::lookAt(
        cameraPosition,
        cameraPosition+directionVector,
        upVector);

    gShader->bindShader();
    gShader->sendUniform4x4("model_matrix",glm::value_ptr(model_matrix));
    gShader->sendUniform4x4("view_matrix",glm::value_ptr(view_matrix));
    gShader->sendUniform4x4("projection_matrix",glm::value_ptr(projection_matrix));
    gShader->sendUniform("camera_position",cameraPosition.x,cameraPosition.y,cameraPosition.z);
    gShader->sendUniform("screen_size",(GLfloat)screenWidth,(GLfloat)screenHeight);
};

它運行平穩，我可以用鼠標控制X和Y方向的角度，但不能繞Z軸控制（Y是世界空間中的“向上”）。

在我的渲染方法中，我使用一個VAO調用渲染地形網格。 網格本身以四邊形為中心（高lod），其他為L形網格，按2的冪進行縮放。它始終在攝像機前重新定位，縮放到世界空間，並由高度圖移位。

rcampos.x = round((camera_position.x)/(pow(2,6)*gridscale))*(pow(2,6)*gridscale);
rcampos.y = 0;
rcampos.z = round((camera_position.z)/(pow(2,6)*gridscale))*(pow(2,6)*gridscale);

vPos =  vec3(uv.x,0,uv.y)*pow(2,LOD)*gridscale + rcampos;
vPos.y = texture(hmap,vPos.xz/horizontal_scale).r*vertical_scale;

問題：

相機從原點開始，位於(0,0,0) 。 當我將它遠離該點移動時，它會導致沿X軸的旋轉不連續。 感覺就像鼠標光標與屏幕空間中的網格對齊，並且只有網格點處的位置被記錄為光標移動。

我還記錄了相機位置，當它變得非常明顯時，它在X或Z方向上距離原點大約為1,000,000。 我注意到這個'滯后'隨距離（從原點）線性增加。

此時還有一點Z戰斗 （或類似效果），即使我使用沒有位移的單個平面，也沒有平面可以重疊。 （我使用曲面細分着色器並渲染補丁。）補丁上出現黑點。 可能是霧造成的：

float fc = (view_matrix*vec4(Pos,1)).z/(view_matrix*vec4(Pos,1)).w;
float fResult = exp(-pow(0.00005f*fc, 2.0)); 
fResult = clamp(fResult, 0.0, 1.0);

gl_FragColor = vec4(mix(vec4(0.0,0.0,0.0,0),vec4(n,1),fResult));

另一個奇怪的行為是Z軸的小旋轉，這也隨距離增加，但我不使用這種旋轉。

變量格式：

頂點是unsigned short格式，索引采用unsigned int格式。 cmc結構是具有double變量的相機/光標結構。

PI和C_SPEED是#define常量。

附加信息：

使用上面提到的ushort數組創建網格，間距為1.在着色器中，我使用常量對其進行縮放，然后使用曲面細分來獲得最佳性能和最大視圖距離。 在曲面細分評估着色器中計算頂點的最終位置。

mat4 MVP = projection_matrix*view_matrix*model_matrix;

正如您所見，我將我的矩陣發送到帶有glm庫的着色器。

+ Q：

浮點（或任何其他格式）的長度如何導致這種“精確丟失”，或者導致問題的原因。 view_matrix可能是導致這種情況的原因，但我仍然無法在運行時將其輸出到屏幕上。

PS ：我不知道如果這有幫助，但是關於'滯后開始位置'的視圖矩陣是

-0.49662       -0.49662      0.863129   0
 0.00514956     0.994097     0.108373   0
-0.867953       0.0582648   -0.493217   0
 1.62681e+006   16383.3     -290126     1

編輯

比較相機位置和視圖矩陣：

view matrix = 0.967928      0.967928    0.248814   0
             -0.00387854    0.988207    0.153079   0
             -0.251198      -0.149134   0.956378   0
             -2.88212e+006  89517.1     -694945    1

position =    2.9657e+006,   6741.52,   -46002

Answer 1

這是一個很長的帖子，所以我可能不會回答所有問題。 我認為這很可能是精確問題。 讓我們從相機旋轉問題開始。 我認為主要問題在這里

view_matrix = glm::lookAt(
        cameraPosition,
        cameraPosition+directionVector,
        upVector);

如你所說，位置是一個很大的數字，如2.9657e + 006 - 看看glm在glm :: lookAt中做了什么：

GLM_FUNC_QUALIFIER detail::tmat4x4<T> lookAt
    (
        detail::tvec3<T> const & eye,
        detail::tvec3<T> const & center,
        detail::tvec3<T> const & up
    )
    {
        detail::tvec3<T> f = normalize(center - eye);
        detail::tvec3<T> u = normalize(up);
        detail::tvec3<T> s = normalize(cross(f, u));
        u = cross(s, f);

在你的情況下，眼睛和中心是這些大（非常相似）的數字，然后glm減去它們來計算f。 這很糟糕，因為如果你減去兩個幾乎相等的浮點數，那么最高有效數字將被設置為零，這會讓你得到無關緊要（最錯誤的）數字。 並且您使用它進行進一步的計算，這只會強調錯誤。 查看此鏈接了解一些詳細信息。

z戰斗是類似的問題。 Z緩沖區不是線性的，由於透視分割，它在相機附近具有最佳分辨率。 z緩沖區范圍根據近和遠剪切平面值設置。 您總是希望在遠近值之間具有最小可能的比例（通常遠/近不應大於30000）。 在openGL wiki上有一個很好的解釋，我建議你看看:)

回到相機問題 - 首先，我會考慮你是否真的需要這么大的場景。 我不這么認為，但是如果是的話，你可以嘗試不同地計算你的視圖矩陣，分別計算旋轉和翻譯，這可能有助於你的情況。 我通常處理相機的方式：

glm::vec3 cameraPos;
glm::vec3 cameraRot;
glm::vec3 cameraPosLag;
glm::vec3 cameraRotLag;

int ox, oy;
const float inertia = 0.08f; //mouse inertia
const float rotateSpeed = 0.2f; //mouse rotate speed (sensitivity)
const float walkSpeed = 0.25f; //walking speed (wasd)

void updateCameraViewMatrix() {
    //camera inertia
    cameraPosLag += (cameraPos - cameraPosLag) * inertia;
    cameraRotLag += (cameraRot - cameraRotLag) * inertia;
    // view transform
    g_CameraViewMatrix = glm::rotate(glm::mat4(1.0f), cameraRotLag[0], glm::vec3(1.0, 0.0, 0.0));
    g_CameraViewMatrix = glm::rotate(g_CameraViewMatrix, cameraRotLag[1], glm::vec3(0.0, 1.0, 0.0));
    g_CameraViewMatrix = glm::translate(g_CameraViewMatrix, cameraPosLag);
}
void mousePositionChanged(int x, int y) {
    float dx, dy;
    dx = (float) (x - ox);
    dy = (float) (y - oy);

    ox = x;
    oy = y;

    if (mouseRotationEnabled) {
        cameraRot[0] += dy * rotateSpeed;
        cameraRot[1] += dx * rotateSpeed;
    }
}
void keyboardAction(int key, int action) {
    switch (key) {
        case 'S':// backwards
            cameraPos[0] -= g_CameraViewMatrix[0][2] * walkSpeed;
            cameraPos[1] -= g_CameraViewMatrix[1][2] * walkSpeed;
            cameraPos[2] -= g_CameraViewMatrix[2][2] * walkSpeed;
            break;
        ...
    }
}

這樣，位置不會影響您的旋轉。 我應該補充一點，我從NVIDIA CUDA樣本v5.0（Smoke Particles）改編了這個代碼，我真的很喜歡:)

希望至少有一些幫助。