
光线投射法
使用three.js自带的光线投射器(Raycaster)选取物体非常简单,代码如下所示:

它是采用包围盒过滤,计算投射光线与每个三角面元是否相交实现的。
但是,当模型非常大,比如说有40万个面,通过遍历的方法选取物体和计算碰撞点位置将非常慢,用户体验不好。
但是使用gpu选取物体不存在这个问题。无论场景和模型有多大,都可以在一帧内获取到鼠标所在点的物体和交点的位置。
使用GPU选取物体
实现方法很简单:
- 读取鼠标位置像素颜色,根据颜色判断鼠标位置的物体。
- 具体实现代码:
- 创建选取材质,遍历场景,将场景中每个模型替换为不同的颜色。
- 将场景绘制在WebGLRenderTarget上,读取鼠标所在位置的颜色,判断选取的物体。
- 说明:offsetX和offsetY是鼠标位置,height是画布高度。readRenderTargetPixels一行的含义是选取鼠标所在位置(offsetX,height-offsetY),宽度为1,高度为1的像素的颜色。
- pixel是Uint8Array(4),分别保存rgba颜色的四个通道,每个通道取值范围是0~255。
- 完整实现代码:使用GPU获取交点位置
- 实现方法也很简单:
- 创建深度着色器材质,将场景深度渲染到WebGLRenderTarget上。
- 计算鼠标所在位置的深度,根据鼠标位置和深度计算交点位置。
- 具体实现代码:
- 创建深度着色器材质,将深度信息以一定的方式编码,渲染到WebGLRenderTarget上。
- 深度材质:
- DepthVertexShader:
- DepthFragmentShader:
- 重要说明:
- a.gl_Position.z是相机空间中的深度,是线性的,范围从cameraNear到cameraFar。可以直接使用着色器varying变量进行插值。
- b.gl_Position.z/far的原因是,将值转换到0~1范围内,便于作为颜色输出。
- c.不能使用屏幕空间中的深度,透视投影后,深度变为-1~1,大部分非常接近1(0.9多),不是线性的,几乎不变,输出的颜色几乎不变,非常不准确。
- d.在片元着色器中获取深度方法:相机空间深度为gl_FragCoord.z,屏幕空间深度为gl_FragCoord.z/gl_FragCoord.w。e.上述描述都是针对透视投影,正投影中gl_Position.w为1,使用相机空间和屏幕空间深度都是一样的。
- f.为了尽可能准确输出深度,采用rgb三个分量输出深度。gl_Position.z/far范围在0~1,乘以0xffffff,转换为一个rgb颜色值,r分量1表示65535,g分量1表示255,b分量1表示1。
- 完整实现代码:https://gitee.com/tengge1/ShadowEditor/blob/master/ShadowEditor.Web/src/event/GPUPickEvent.js
- 读取鼠标所在位置的颜色,将读取到的颜色值还原为相机空间深度值。
- a.将“加密”处理后的深度绘制在WebGLRenderTarget上。读取颜色方法
- 说明:offsetX和offsetY是鼠标位置,height是画布高度。readRenderTargetPixels一行的含义是选取鼠标所在位置(offsetX,height-offsetY),宽度为1,高度为1的像素的颜色。
- pixel是Uint8Array(4),分别保存rgba颜色的四个通道,每个通道取值范围是0~255。
- b.将“加密”后的相机空间深度值“解密”,得到正确的相机空间深度值。
- 根据鼠标在屏幕上的位置和相机空间深度,插值反算交点世界坐标系中的坐标。
- 完整代码:https://gitee.com/tengge1/ShadowEditor/blob/master/ShadowEditor.Web/src/event/GPUPickEvent.js
- 相关应用
- 使用gpu选取物体并计算交点位置,多用于需要性能非常高的情况。例如:
- 鼠标移动到三维模型上的hover效果。
- 添加模型时,模型随着鼠标移动,实时预览模型放到场景中的效果。
- 距离测量、面积测量等工具,线条和多边形随着鼠标在平面上移动,实时预览效果,并计算长度和面积。
- 场景和模型非常大,光线投射法选取速度很慢,用户体验非常不好。
- 这里给一个使用gpu选取物体和实现鼠标hover效果的图片。红色边框是选取效果,黄色半透明效果是鼠标hover效果。
- 看不明白?可能你不太熟悉three.js中的各种投影运算。下面给出three.js中的投影运算公式。
- three.js中的投影运算
- modelViewMatrix=camera.matrixWorldInverse*object.matrixWorld
- viewMatrix=camera.matrixWorldInverse
- modelMatrix=object.matrixWorld
- project=applyMatrix4(camera.matrixWorldInverse).applyMatrix4(camera.projectionMatrix)
- unproject=applyMatrix4(camera.projectionMatrixInverse).applyMatrix4(camera.matrixWorld)
- gl_Position=projectionMatrix*modelViewMatrix*position=projectionMatrix*camera.matrixWorldInverse*matrixWorld*position=projectionMatrix*viewMatrix*modelMatrix*position
- 参考资料:
- 完整实现代码:
- OpenGL中使用着色器绘制深度值:https://stackoverflow.com/questions/6408851/draw-the-depth-value-in-opengl-using-shaders
- 在glsl中,获取真实的片元着色器深度值:https://gamedev.stackexchange.com/questions/93055/getting-the-real-fragment-depth-in-glsl
- 总结
- 以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对小编的支持。

























