【程式】倒立的OpenGL貼圖坐標

艾莉兒：在OpenGL環境下，我可是顛倒著工作的哦。

2018/12/9 EDIT：增加3D坐標轉換的部分

這次介紹Direct3D和OpenGL的一個重要差異，

OpenGL對貼圖坐標的定義是上下顛倒的。

一般繪圖軟體都以圖的左上角為原點，用外部函式庫讀取圖檔，傳回的記憶體區塊也是從左上角開始，然後往下第二列、第三列……，一直到右下角，Direct3D也採用這個設計。

但OpenGL定義(0,0)是圖的左下角，把貼圖從主記憶體傳給顯示記憶體的函式glTexImage2D，也假設給它的指標是從左下角開始，所以顯示記憶體裡儲存的貼圖其實是倒立的。
而兩者的螢幕坐標定義相同，都是左下角(-1,-1)，右上角(1,1)。

(圖中紅字是貼圖坐標，藍字是螢幕坐標)

不過可以看到兩種情況的貼圖，帽子的羽飾都是靠近(0,0)，(1,1)都是左耳。
傳入這4個頂點的話

貼圖坐標	螢幕坐標
(0,0)	(-1,1)
(1,0)	(1,1)
(1,1)	(1,-1)
(0,1)	(-1,-1)

請看上圖把坐標一個一個對應，D3D和OpenGL都可以畫出正立的鈷寶頭像，此時直接用相同的坐標、相同的矩陣不會有問題。

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可是，如果有用到framebuffer object做兩階段畫圖就會出問題了。


以這個紙娃娃系統為例，先在一個buffer把頭和五官重疊再畫到畫面上，第一階段會變成正立，可是再把這個framebuffer畫在主畫面時(假設要用在對話框)，使用相同的規則會畫成倒立的。
同理多一個階段又會倒轉一次，如果有些貼圖來自檔案，有些是用framebuffer產生，就會正立、倒立夾雜了。

要是畫之前先檢查貼圖來源，是framebuffer就做特別處理把坐標反向呢？是可以讓坐標正確，但是要多記錄貼圖種類，畫的時候還多出計算坐標的步驟。

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對這個問題，我的解法是：
在OpenGL內部完全以倒立的狀態處理。

矩陣stack裡的第一個矩陣，2D繪圖時是把-1~1換成單位是像素，就做y坐標逆轉的處理。

(矩陣的寫法是把向量放在右邊乘)
之後如果要做其他轉換乘上其他矩陣，y坐標逆轉的效果會保留。

3D的坐標轉換是將頂點坐標依序乘以model、view、projection矩陣，我在projection動手腳，將OpenGL的Y坐標逆轉，model和view則是兩個平台相同。

(fovX=橫向視角，fovX=縱向視角，cot是三角函數的cotangent)

至於culling設定，顯示晶片是把矩陣都乘完，算出螢幕坐標後才處理culling，因此兩者的culling設定要相反。
因為PMD模型是順時針為正面，我採用順時針為正。

//Direct3D ID3D11RasterizerState* cullNoMSRS;   //名稱由來：有cull，無multisample的rasterizer state D3D11_RASTERIZER_DESC rsState; ZeroMemory(&rsState, sizeof(D3D11_RASTERIZER_DESC)); rsState.FillMode = D3D11_FILL_SOLID; rsState.CullMode = D3D11_CULL_BACK; rsState.FrontCounterClockwise = 0; //設定順時針為正面 rsState.DepthClipEnable = TRUE; device->CreateRasterizerState(&rsState, &cullNoMSRS); //OpenGL設定逆時針為正面 glFrontFace(GL_CCW);

至於如何讓玩家看到的是正立？我的引擎有做一個功能，因為視窗可以縮放，大小不一定和遊戲內定解析度相同，所以先把畫面畫在一個內部buffer，整個畫面畫完才把buffer貼到主畫面，正好可以在這一步做。

過程如下

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OpenGL的這個現象，我買的一本介紹D3D和OpenGL的書裡也沒寫，是用了一個工具：GLIntercept觀察它的內部資料才發現的，製作Cyber Sprite紙娃娃系統時也確實造成問題，然後想出了將y坐標顛倒的方法。
這樣以後引擎要做Direct3D版的話，D3D和OpenGL可以用相同的矩陣和頂點坐標，不用準備兩份資料。

關於開頭的圖：還是無線繪比較容易畫，這個畫法描線花了很久，上色倒是很快。
配色沒餘力從頭想了，把以前畫某張圖的記錄拿來用。
還有想小幅修改一下艾莉兒和鈷寶的服裝，但還沒有定案。