射线三角面相交的数学算法
使用d3d扩展函数,毕竟有时不能满足具体需求,掌握了该方法,我们才能够获得最大的控制自由度,任意修改算法。
已知条件: 射线源点orginPoint,三角形三个顶点 v1,v2,v3,射线方向 Dir
(均以三维坐标向量形式表示)
算法目的: 判断射线与三角形是否相交,如果相交求出交点的重心坐标(U,V)和射线原点到交点的距离T。
我们可先假设射线与三角形相交则交点(注以下均为向量运算,*数乘,dot(X,Y) X,Y 点乘,cross(X,Y)X,Y叉乘;U,V,T为标量)
则:
IntersectPoint = V1 + U*(V2-V1) + V*(V3-V1) ;
IntersectPoint = originPoint + T*Dir;
所以
orginPoint + T*Dir = V1 + U*(V2-V1) + V*(V3-V1);
整理得:
这是一个简单的线性方程组,若有解则行列式 不为0。
根据T,U,V的含义当T>0, 0<U<1,0<V<1,0<U+V<1时该交点在三角形内部,
解此方程组即可获得我们关心的值,具体解法不再赘述,克莱姆法则就够了(详细见线性代数):射线原点到相交点的距离T,和交点的中心坐标(U,V)。
下面给出Direct 9 SDK示例程序中的实现代码
IntersectTriangle( const D3DXVECTOR3& orig,
const D3DXVECTOR3& dir, D3DXVECTOR3& v0,
D3DXVECTOR3& v1, D3DXVECTOR3& v2,
FLOAT* t, FLOAT* u, FLOAT* v )
{
// 算出两个边的向量
D3DXVECTOR3 edge1 = v1 - v0;
D3DXVECTOR3 edge2 = v2 - v0;
D3DXVECTOR3 pvec;
D3DXVec3Cross( &pvec, &dir, &edge2 );
// 如果det为0,或接近于零则射线与三角面共面或平行,不相交
//此处det就相当于上面的 ,
FLOAT det = D3DXVec3Dot( &edge1, &pvec );
D3DXVECTOR3 tvec;
if( det > 0 )
{
tvec = orig - v0;
}
else
{
tvec = v0 - orig;
det = -det;
}
if( det < 0.0001f )
return FALSE;
// 计算u并测试是否合法(在三角形内)
*u = D3DXVec3Dot( &tvec, &pvec );
if( *u < 0.0f || *u > det )
return FALSE;
// Prepare to test V parameter
D3DXVECTOR3 qvec;
D3DXVec3Cross( &qvec, &tvec, &edge1 );
//计算u并测试是否合法(在三角形内)
*v = D3DXVec3Dot( &dir, &qvec );
if( *v < 0.0f || *u + *v > det )
return FALSE;
/*计算t,并把t,u,v放缩为合法值(注意前面的t,v,u不同于算法描述中的相应量,乘了一个系数det),注意:由于该步运算需要使用除法,所以放到最后来进行,避免不必要的运算,提高算法效率*/
*t = D3DXVec3Dot( &edge2, &qvec );
FLOAT fInvDet = 1.0f / det;
*t *= fInvDet;
*u *= fInvDet;
*v *= fInvDet;
return TRUE;
}
3 拾取完成根据获得的中心坐标计算我们关心的常见量,。
根据重心坐标(U,V),我们可以很容易的算出各种相关量比如纹理坐标和交点的差值颜色,假设以纹理坐标为例设V1,V2,V3的纹理坐标分别为T1(tu1,tv1),T2(tu2,tv2),T3(tu3,tv3)则交点的坐标为
IntersectPointTexture = T1 + U(T2-T1) + V(T3-T1)