OpenGL C++ 应用glTranslatef、glRotatef后获取顶点新坐标问题

核心原理 #

你使用的glTranslatef、glRotatef等API本质是修改当前OpenGL上下文内的4x4模型视图矩阵，顶点经过变换后的坐标 = 原始顶点坐标（齐次坐标格式为(x,y,z,1)）乘以该矩阵，再做齐次除法得到最终结果。你可以直接读取OpenGL当前的模型视图矩阵，自行完成顶点坐标计算。

可直接复用的实现方案 #

步骤1：添加顶点变换辅助函数 #

先在全局位置添加如下工具函数，用于读取当前模型视图矩阵并完成顶点变换计算：

vector<float> transformVertex(float x, float y, float z) {
    // 读取当前模型视图矩阵，OpenGL矩阵为列主序存储
    float modelViewMat[16];
    glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, modelViewMat);
    // 矩阵乘顶点计算
    float transX = modelViewMat[0] * x + modelViewMat[4] * y + modelViewMat[8] * z + modelViewMat[12];
    float transY = modelViewMat[1] * x + modelViewMat[5] * y + modelViewMat[9] * z + modelViewMat[13];
    float transZ = modelViewMat[2] * x + modelViewMat[6] * y + modelViewMat[10] * z + modelViewMat[14];
    float w = modelViewMat[3] * x + modelViewMat[7] * y + modelViewMat[11] * z + modelViewMat[15];
    // 齐次坐标归一化
    transX /= w;
    transY /= w;
    transZ /= w;
    return {transX, transY, transZ};
}

步骤2：在对应变换位置获取坐标 #

你需要获取哪个面的变换后坐标，就在对应面的glPushMatrix执行完平移、旋转变换后，遍历原始顶点调用上述函数即可拿到结果，示例如下（以FACE1为例）：

glPushMatrix();
glTranslatef(0.0,0.0,0.0);
glRotatef(90.0, 1.0, 0.0, 0.0);

// 新增代码：获取FACE1变换后的所有顶点坐标
vector<vector<float>> face1Transformed;
for (auto &originVert : coordinates) {
    face1Transformed.push_back(transformVertex(originVert[0], originVert[1], originVert[2]));
}
// 此时face1Transformed中存储的就是FACE1所有顶点变换后的坐标，可直接存入全局变量供后续业务使用

glBegin(GL_LINE_LOOP);
    glColor3f( 1.0, 1.0, 1.0 );
    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
        glVertex3f(coordinates[i][0], coordinates[i][1], coordinates[i][2]);
    }        
glEnd();
glPopMatrix();

其他面的坐标获取逻辑和上面完全一致，在对应面的变换操作完成后加这段代码即可。

可选优化方案 #

如果后续需要迁移到现代OpenGL核心模式，没有固定管线的矩阵API可用，可以自己封装矩阵运算逻辑：自行实现平移、旋转矩阵的生成，以及矩阵乘向量的计算函数，每次调用OpenGL变换API的同时同步更新自己维护的矩阵自行计算顶点坐标，不依赖OpenGL的矩阵读取接口，适配性更强性能也更高。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者baezacaljo