three.js利用gpu选取物体并计算交点位置的方法示例(2)

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

2. 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

let renderTarget = new THREE.WebGLRenderTarget(width, height); let pixel = new Uint8Array(4); scene.overrideMaterial = this.depthMaterial; renderer.setRenderTarget(renderTarget); renderer.clear(); renderer.render(scene, camera); renderer.readRenderTargetPixels(renderTarget, offsetX, height - offsetY, 1, 1, pixel);

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。

if (pixel[2] !== 0 || pixel[1] !== 0 || pixel[0] !== 0) { let hex = (this.pixel[0] * 65535 + this.pixel[1] * 255 + this.pixel[2]) / 0xffffff; if (this.pixel[3] === 0) { hex = -hex; } cameraDepth = -hex * camera.far; // 相机坐标系中鼠标所在点的深度(注意:相机坐标系中的深度值为负值) }

3. 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。

let nearPosition = new THREE.Vector3(); // 鼠标屏幕位置在near处的相机坐标系中的坐标 let farPosition = new THREE.Vector3(); // 鼠标屏幕位置在far处的相机坐标系中的坐标 let world = new THREE.Vector3(); // 通过插值计算世界坐标 // 设备坐标 const deviceX = this.offsetX / width * 2 - 1; const deviceY = - this.offsetY / height * 2 + 1; // 近点 nearPosition.set(deviceX, deviceY, 1); // 屏幕坐标系:(0, 0, 1) nearPosition.applyMatrix4(camera.projectionMatrixInverse); // 相机坐标系:(0, 0, -far) // 远点 farPosition.set(deviceX, deviceY, -1); // 屏幕坐标系:(0, 0, -1) farPosition.applyMatrix4(camera.projectionMatrixInverse); // 相机坐标系:(0, 0, -near) // 在相机空间,根据深度,按比例计算出相机空间x和y值。 const t = (cameraDepth - nearPosition.z) / (farPosition.z - nearPosition.z); // 将交点从相机空间中的坐标,转换到世界坐标系坐标。 world.set( nearPosition.x + (farPosition.x - nearPosition.x) * t, nearPosition.y + (farPosition.y - nearPosition.y) * t, cameraDepth ); world.applyMatrix4(camera.matrixWorld);

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:

1. 鼠标移动到三维模型上的hover效果。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

three.js利用gpu选取物体并计算交点位置的方法示例

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

1. modelViewMatrix = camera.matrixWorldInverse * object.matrixWorld

2. viewMatrix = camera.matrixWorldInverse

3. modelMatrix = object.matrixWorld

4. project = applyMatrix4( camera.matrixWorldInverse ).applyMatrix4( camera.projectionMatrix )

5. unproject = applyMatrix4( camera.projectionMatrixInverse ).applyMatrix4( camera.matrixWorld )

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