如何在OpenGL中縮放模型？

Question

我正在嘗試在 OpenGL 中縮放模型，但我不知道從哪里開始，我正在嘗試使用 glScalef()，但我不知道是否是這種方式，我對 openGL 了解不多，我對理論了解更多（那我必須將向量乘以矩陣，但我沒有找到任何關於此的好的教程）...我的代碼是：

bool res = loadOBJ(object, vertices, uvs, normals);
indexVBO(vertices, uvs, normals, indices, indexed_vertices, indexed_uvs, indexed_normals);

glGenBuffers(1, &vertexbuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexbuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, indexed_vertices.size() * sizeof(glm::vec3), &indexed_vertices[0], GL_STATIC_DRAW);


glGenBuffers(1, &uvbuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, uvbuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, indexed_uvs.size() * sizeof(glm::vec2), &indexed_uvs[0], GL_STATIC_DRAW);


glGenBuffers(1, &normalbuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, normalbuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, indexed_normals.size() * sizeof(glm::vec3), &indexed_normals[0], GL_STATIC_DRAW);

// Generate a buffer for the indices as well

glGenBuffers(1, &elementbuffer);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, elementbuffer);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size() * sizeof(unsigned short), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);

// 1rst attribute buffer : vertices
glEnableVertexAttribArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexbuffer);
glVertexAttribPointer(
    0,                  // attribute
    3,                  // size
    GL_FLOAT,           // type
    GL_FALSE,           // normalized?
    0,                  // stride
    (void*)0            // array buffer offset
    );

// 2nd attribute buffer : UVs
glEnableVertexAttribArray(1);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, uvbuffer);
glVertexAttribPointer(
    1,                                // attribute
    2,                                // size
    GL_FLOAT,                         // type
    GL_FALSE,                         // normalized?
    0,                                // stride
    (void*)0                          // array buffer offset
    );

// 3rd attribute buffer : normals
glEnableVertexAttribArray(2);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, normalbuffer);
glVertexAttribPointer(
    2,                                // attribute
    3,                                // size
    GL_FLOAT,                         // type
    GL_FALSE,                         // normalized?
    0,                                // stride
    (void*)0                          // array buffer offset
    );

// Index buffer
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, elementbuffer);

glScalef(10, 10, 10);

glDrawElements(
    GL_TRIANGLES,        // mode
    indices.size(),      // count
    GL_UNSIGNED_SHORT,   // type
    (void*)0             // element array buffer offset
    );

Answer 1

縮放是您可以對模型矩陣進行的三種變換之一，以及平移和旋轉。

模型矩陣是將頂點轉換為屏幕上像素的三個矩陣之一，以及視圖和投影矩陣。

由於您想要的縮放類型僅適用於模型矩陣，我們現在將跳過其他兩個。 然而，我建議閱讀所有這三個以及它們如何交互，因為它們對 OpenGL 至關重要。

在我們開始之前，我建議選擇一個像GLM這樣的庫，因為它會為我們做很多繁重的工作。 從這里開始，我將使用 GLM 語法來保持簡潔。

首先讓我們將比例存儲在 3d 向量中：

glm::vec3 scale = glm::vec3(10f, 10f, 10f);

現在我們需要一個沒有轉換的基本模型矩陣：

glm::mat4 modelMatrix = glm::mat4();

現在我們可以將比例應用於我們的模型矩陣：

modelMatrix = glm::scale(modelMatrix, scale);

現在我們有了一個矩陣，它可以應用於任何一組頂點，並在所有三個維度上將它們縮放 10。

接下來我們需要將這些信息傳遞給着色器。 就像glVertexAttribPointer告訴着色器在哪里可以找到頂點屬性一樣，我們將使用glUniform發送我們的矩陣：

GLuint location = getUniformLocation("model");
glUniformMatrix4fv(location, 1, false, glm::value_ptr(modelMatrix));

在這里，我們向着色器查詢“模型”制服的位置。 然后我們將 1 個統一矩陣（我們的modelMatrix ）提交到該位置。

最后，我們需要在着色器中使用該矩陣。 這是一個超級簡單的頂點着色器，可以滿足我們的需求：

#version 400 core

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 uv;
uniform mat4 model;

void main() {
    gl_Position = model * vec4(position, 1.0f);
}

通常我們會將法線和 uv 信息傳遞給片段着色器，但我現在省略它以保持簡單。

就是這樣。 希望這能讓你到達你想去的地方。

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附帶說明一下，函數glScalef在 GL3 和更新版本中已棄用。 我喜歡使用docs.gl作為參考，因為它區分版本。

編輯：如何構建着色器程序

我上面發布的代碼只是一個頂點着色器的源代碼，它只是一個更大的着色器程序的一部分。 着色器程序可以具有頂點着色器、幾何着色器和片段着色器。 雖然現在我們只關注兩個必需的； 頂點和片段着色器。

首先將上面的頂點着色器代碼放入一個名為vertex.glsl的文件中。 加載文件超出了這個答案的范圍，所以我假設你有一個名為loadSourceFromFile的函數，它接受一個參數，文件名。

在我們繼續之前，讓我們創建幾個實用函數：

function Gluint compileShader(const char* source, GLuint type) {
    GLuint shader = glCreateShader(type);
    glShaderSource(shader, source);
    glCompileShader(shader);
    return shader;
}

function void verifyShaderCompilation(GLuint shader) {
    GLunit status = glGetShaderi(shader, GL_COMPILE_STATUS);
    assert(status == GL_TRUE);
}

現在，讓我們編譯頂點着色器：

const char* vertexSource = loadSourceFromFile("vertex.glsl");
Gluint vertexShader = compileShader(vertexSource, GL_VERTEX_SHADER);
verifyShaderCompilation(vertexShader);

接下來我們必須構建片段着色器。 將以下代碼放入另一個名為fragment.glsl文件中：

#version 400 core

out vec4 color;

void main()
{
    color = vec4(0, 0.5, 0, 1);
}

這個片段着色器將使它處理的每個片段都變成綠色。 現在讓我們像編譯頂點着色器一樣編譯它：

const char* fragmentSource = loadSourceFromFile("fragment.glsl");
Gluint fragmentShader = compileShader(fragmentSource, GL_FRAGMENT_SHADER);
verifyShaderCompilation(fragmentShader);

現在我們有兩個編譯的着色器。 是時候將它們鏈接到一個着色器程序中了：

GLuint shaderProgram = glCreateProgram();
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);

您需要在調用glVertexAttribPointer之前完成所有這些操作，因為它需要與您構建的着色器程序進行通信。

編輯：調試 OpenGL 函數

在嘗試解決問題時，我建議在每次 GL 函數調用后使用以下函數：

function void verifyNoGLError() {
    int errorCode = glGetError();
    assert(errorCode == 0);
}

OpenGL 是一個復雜的狀態機，一旦出現問題，您就會想知道。

Answer 2

您真的應該使用 MVP（模型、視圖和投影）矩陣。 矩陣是浮點數的二維數組，最常用的大小為 4x4。

那么什么是模型、視圖和投影矩陣呢？

型號

模型是表示對象變換的矩陣。 我們使用矩陣，因為我們可以將平移、縮放和旋轉存儲在一個變量中。 位置向量存儲在第一行，旋轉向量存儲在第二行，尺度向量存儲在第三行。

查看

View 是一個表示相機的矩陣。 它的工作原理類似於模型矩陣。

投影

最后但並非最不重要的是，我們有投影矩陣。 這保存了相機投影的數據，因為我們無法將其存儲在 View 矩陣中。 這個矩陣有點難以解釋，但它基本上描述了事物相對於相機位置的外觀。 有兩種常見的投影類型，透視和正交。 透視使物體離相機越遠越小。 你用眼睛看到的一切都是透視。 正交使一切看起來都一樣大小，無論距離相機多遠。

正交與透視

所以，我們有這些“矩陣”，但現在呢？

當然，在我們的代碼中處理矩陣對我們來說並不容易，所以有一些庫可以幫助我們做到這一點。 我最喜歡的是GLM 。 GLM 幫助我們創建和使用矩陣。 我建議你閱讀它。 一旦我們有了模型、視圖和投影矩陣，我們就可以將它們與頂點位置相乘，以獲得頂點的最終位置。

現在，MVP 和轉換有點太高級了，無法在答案中解釋。 我建議你看看這兩個教程，它們解釋了矩陣和變換（比我做的好得多），並告訴你如何在你的代碼和着色器中使用它們：教程 1 ，教程 2 。 您還可以查看下一個教程，了解如何制作出色的相機系統。

遵循這些很棒的教程，我可以確保您獲得縮放模型:)

PS 這是我的第一個真正的答案，如果您覺得難以理解，那么抱歉；)