如何在随机位置但在屏幕或窗口边界内绘制点

Question

我在我的 Visual C++ 应用程序中使用 OpenGL 库，我想在其中绘制随机位置的 100 个点，我想检查这些点的随机坐标或生成的随机位置是否在屏幕或窗口边界内.我厌倦了使用 (x,y,z) 顶点选项，我得到了沿直线垂直运行的点。如果我尝试只生成 (x,y) 并绘制它们，那么我确实会得到更多分散的点，但绝对不是窗口尺寸内的全部 100。

我的代码如下所示：

GLfloat dots_vert[99];
for (int i = 0; i < 99; i++){

if (i % 2 == 0)
    dots_vert[i] = 0.0f;

else
    dots_vert[i] = ((GLfloat)rand() / (GLfloat)RAND_MAX)*100.0f - (100.0f / 2);
}


glEnable(GL_POINT_SMOOTH);
glPointSize(3.0f);
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

GLuint vbo_ID;
glGenBuffers(1, &vbo_ID);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo_ID);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(dots_vert), dots_vert, GL_DYNAMIC_DRAW);
while (!GetAsyncKeyState(VK_DOWN)){
glEnableVertexAttribArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo_ID);
glVertexAttribPointer(
    0,                  
    3,                  
    GL_FLOAT,           
    GL_FALSE,           
    0,                  
    (void*)0            
    );
glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 100);
SwapBuffers(g_pOpenGLWindow->hDC);

Answer 1

让我指导您解决我可以立即在该代码中看到的明显错误。

首先明显的第一个错误：您声称要绘制100 点，但您的dots_vert 数组只有99 元素长。这在以下循环中重复，您从0 到98 总共99 次。

首先：

GLfloat dots_vert[100];
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
    [...]
}

这里还有一个巨大的错误，但我们会留到以后，让我们现在继续。

第二个错误是关于OpenGL API和计算机图形学的知识。首先，您的目标是将点数传递给 GPU，因此您需要 glVertexAttribPointer 函数，这就是您想出来的。你想做的第一件事就是look at the glVertexAttribPointer reference documentation，这样你就知道你需要什么了。你需要一个index、一个size、一个type、一个normalized标志、一个stride和一个offset。

让我们看看参考文档对size 参数的描述：

尺寸

指定每个通用顶点属性的组件数。必须是 1、2、3、4。此外，glVertexAttribPointer 接受符号常量 GL_BGRA。初始值为 4。

这对于确定您尝试传递给 GPU 的数据类型至关重要。您将参数设置为3，这意味着您有一个x、一个y 和一个z。但前面的代码与此相矛盾。对于初学者，您的dots_vert 数组的长度为100 元素，并且您想绘制100 点，因此每个点有足够的100/100 = 1 组件，而不是3。但更糟糕的是，for 循环的内部与此更矛盾，所以让我们回过头来检查我之前提到的错误。

错误三：您的for 循环由if {} else {} 语句组成，如果循环的索引为偶数（@987654353 @)，否则为 -50.0f 和 50.0f 之间的随机值。假设每个点都有1 分量，这意味着您只生成x 坐标，因此您在单个维度中工作。

显然这不是您打算做的，还因为您的一半积分将是0.0f，因此它们都会重叠。所以我假设您试图为x 和y 生成一个随机值，并将z 设置为0.0f，这样会更有意义。首先，每个点都有3 组件，因此您需要一个包含100*3 = 300 元素的数组。所以首先，让我们修复之前的代码：

GLfloat dots_vert[300];
for (int i = 0; i < 300; ++i)
{
    [...]
}

好多了。现在我们需要为每个点生成一个随机的x 和y valye，并将z 设置为0.0f，因为我们不需要它。您想在一个循环中一次完成所有组件，因此您希望您的循环逐步通过3，而不是1，所以让我们再次修复之前的代码：

GLfloat dots_vert[300];
for (int i = 0; i < 300; i += 3)
{
    [...]
}

现在我们可以在一个循环中同时生成x、y 和z。这是理解计算机图形如何工作的关键部分，特别是在 OpenGL API 的上下文中。 OpenGL 使用坐标系，原点在屏幕中间，x 轴水平移动（正x 指向您的右侧），y 轴垂直移动（正y 指向上方），并且z 轴直接穿过屏幕（正z 指向屏幕外，朝向您）。现在这是非常重要的部分：x、y 和 z 被裁剪为特定范围的值；超出此范围的任何内容都将被忽略。对于所有坐标，范围从-1.0f 到1.0f。上面或下面的任何东西都不会被绘制。

因此，如果您想让100 指向屏幕内，忽略超出本练习范围的投影，您需要在-1.0f 到@987654391 中生成x 和y @ range，而不是 -50.0f 到 50.0f，就像你在那里做的那样。您可以将z 保留为0.0f，在这种情况下并不重要。这就是为什么您的大多数点都落在屏幕之外的原因：在这个范围内，从统计上讲，大约 98% 的点会落在剪辑空间之外并被忽略。

所以最终这就是你想要的：

GLfloat dots_vert[300];
for (int i = 0; i < 300; i += 3)
{
    dots_vert[i] = ((GLfloat)rand() / (GLfloat)RAND_MAX)*2.0f - 1.0f; // this is x
    dots_vert[i+1] = ((GLfloat)rand() / (GLfloat)RAND_MAX)*2.0f - 1.0f; // this is y
    dots_vert[i+2] = 0.0f; // this is z
}

最后提醒一下：当您执行glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 100); 时，您是在告诉 GPU 绘制 100 个点。每个点由您在glVertexAttribPointer 函数的size 参数中指定的许多组件组成。在这种情况下，您想绘制100 点，每个点由3 组件组成，因此GPU 需要一个100*3 = 300 浮点数组。数字。任何不足都可能导致分段错误甚至更糟糕的未定义行为（这意味着任何事情都可能发生），因此请密切注意您正在做的事情并确保您确切知道要传递给 GPU 的数据类型因为你最终可能会得到一个无意义的结果，你会被困在试图找出问题所在。在这种情况下，您基本上没有要检查的代码，因此很容易修复，但是当您最终得到相当数量的代码时（您最终会），这样的错误可能意味着浪费数小时甚至数天试图找出错误。

作为奖励，请随意忽略这一点：从技术上讲，一个点是由4 组件组成的。这个组件被称为w，它的使用超出了本练习的范围，所以不要担心，只要记住它应该始终设置为1.0f，除非你正在做投影。

所以从技术上讲，你也可以这样做：

GLfloat dots_vert[400];
for (int i = 0; i < 400; i += 4)
{
    dots_vert[i] = ((GLfloat)rand() / (GLfloat)RAND_MAX)*2.0f - 1.0f; // this is x
    dots_vert[i+1] = ((GLfloat)rand() / (GLfloat)RAND_MAX)*2.0f - 1.0f; // this is y
    dots_vert[i+2] = 0.0f; // this is z
    dots_vert[i+3] = 1.0f; // this is w
}

然后你将glVertexAttribPointer的size参数设置为4而不是3，结果应该是完全一样的。