Qt OpenGL 实现交互功能（如鼠标、键盘操作）

一、基本概念

1. Qt 事件系统与 OpenGL 渲染的协同

Qt 提供了完善的事件处理机制，而 OpenGL 负责图形渲染。交互的实现本质上是：

• 事件捕获：通过 Qt 的事件系统（如 mousePressEvent、keyPressEvent）捕获用户输入。

• 状态更新：根据输入事件更新场景状态（如相机位置、模型变换矩阵等）。

• 重绘触发：调用 update() 请求重绘，触发 paintGL() 重新渲染更新后的场景。

2. 坐标系转换

鼠标交互中的坐标系问题

• 屏幕坐标系（2D）：鼠标事件的坐标 (x, y) 是屏幕像素坐标，原点在窗口左上角。

• OpenGL 坐标系（3D）：归一化设备坐标（NDC），范围为 [-1, 1]，原点在中心。

转换方法：

• 鼠标坐标需通过视口变换和投影/视图矩阵的逆矩阵转换到 3D 世界坐标（例如实现鼠标拾取）。

• 示例代码片段：

  cpp

  // 将鼠标坐标转换为 NDC
  float x_ndc = (2.0f * mouseX) / width() - 1.0f;
  float y_ndc = 1.0f - (2.0f * mouseY) / height();

3. 相机控制原理

第一人称/第三人称相机

• 键盘控制移动：通过修改相机位置 cameraPos，结合前向向量 cameraFront 和上向量 cameraUp。

  cpp

  // 前进：沿前向向量移动
  cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;

• 鼠标控制视角：通过鼠标移动计算偏航角（yaw）和俯仰角（pitch），更新 cameraFront。

  cpp

  QVector3D front;
  front.setX(cos(yaw) * cos(pitch));
  front.setY(sin(pitch));
  front.setZ(sin(yaw) * cos(pitch));
  cameraFront = front.normalized();

投影矩阵的作用

• 透视投影（perspective）：模拟人眼视角，通过 fov（视野）控制缩放效果。

  cpp

  projection.perspective(fov, aspectRatio, nearPlane, farPlane);

4. 矩阵变换链

OpenGL 的渲染流程依赖以下矩阵变换：

1. 模型矩阵（Model）：定义物体自身的变换（平移、旋转、缩放）。

2. 视图矩阵（View）：定义相机的位置和朝向（通过 lookAt 计算）。

3. 投影矩阵（Projection）：定义如何将 3D 场景投影到 2D 屏幕。