OpenGL—射线拾取（ray pick）

简介：

OpenGL中鼠标射线拾取，就是通过鼠标点击屏幕产生的坐标，通过变换到3D坐标空间，然后从摄像机原点与该3D空间坐标产生一个射线（ray），通过该射线与3D世界中的物体做相交检测，即可实现3D物体的拾取。

实现：

从OpenGL—坐标变换中可以知道，当前鼠标的坐标属于视口坐标，所以需要取得当前鼠标点击的点在3D世界中的坐标位置，也就是要将当前鼠标的点通过逆变换，从视口坐标变换到世界坐标中，然后再与世界坐标中的物体做相交检测。

2D视图坐标：

对于当前鼠标在屏幕中点击的点的坐标就是2D的视图坐标，该坐标就是windowsd的窗口坐标，窗口左上角（0， 0）， 右下角为（w，h）。

3D标准设备坐标（NDC）：

也就是将当前的视图坐标转换为标准设备坐标即x的坐标从左往右为[-1, 1]，y轴的坐标从上到下为[1, -1]，z轴从外到里为[-1, 1]，则将视图坐标转换为ndc坐标为：

float x = (2.0f * mouse_x) / width - 1.0f;
float y = 1.0f - (2.0f * mouse_y) / height;
float z = 1.0f;
vec3 ray_nds = vec3 (x, y, z);

z的坐标为1.0代表当前将鼠标的位置投影到远裁剪平面，如果设z的坐标为-1则代表将当前投影到近裁剪平面上。

4D裁剪坐标：

也就是为了将NDC坐标变换到四维齐次坐标，所以这步我们只需要加上w的值即可：

vec4 ray_clip = vec4 (ray_nds.xyz, 1.0);

视觉坐标：

由于从视觉坐标变换到裁剪坐标是通过一个投影矩阵来变换的，所以在这我们只需要取得当前的投影矩阵，对投影矩阵求逆即可将坐标从裁剪坐标变换回到视觉坐标：

vec4 ray_eye = inverse (projection_matrix) * ray_clip;

世界坐标：

由世界坐标变换到视觉坐标，则将当前的世界坐标与视图矩阵做变换，所以为了得到世界坐标，则取得当前的视图矩阵，将当前的视觉坐标与视图矩阵的逆矩阵做变换，即可得到当前的世界坐标：

vec4 ray_world = inverse (view_matrix) * ray_eye;

由于我们当前的坐标是带w值的，所以我们除以w，然后取得当前摄像机的位置，即可得到当前的射线：

if (ray_world.w != 0.0)
{
ray_world.x /= ray_world.w;
ray_world.y /= ray_world.w;
ray_world.z /= ray_world.w;
}

vec3 ray_dir = normalise(ray_world.xyz - camera_position);

射线的起始位置就是摄像机的位置。