OpenGL坐标系统

OpenGL通过相机模拟、可以实现计算机图形学中最基本的三维变换，即几何变换、投影变换、裁剪变换、视口变换等，同时，OpenGL还实现了矩阵堆栈等。理解掌握了有关坐标变换的内容，就算真正走进了精彩地三维世界。 OpenGL 是一个强大的图形库，主要用于在计算机上生成和渲染复杂的三维图像。它的核心特性之一是通过一系列的坐标变换，将三维空间中的物体映射到二维屏幕上的能力。这些变换包括几何变换、投影变换、裁剪变换和视口变换，它们共同构成了从三维世界到二维屏幕的映射过程。 我们要理解OpenGL中的坐标系统。主要有三个关键坐标系：世界坐标系、局部坐标系和屏幕坐标系。世界坐标系是全局性的，固定不变，用于描述所有物体在三维空间中的位置。局部坐标系则与每个物体关联，以物体的中心为原点，方便对物体进行旋转、平移等操作。当物体变换时，局部坐标系也会随之变化，除非发生缩放，此时局部坐标轴可能会因缩放比例不同而不再垂直。屏幕坐标系是二维的，对应于实际的显示器，它的原点位于左下角，通常与屏幕边缘平行。 接下来，我们引入相机模拟的概念，这有助于解释三维到二维的转换流程。在OpenGL中，我们模拟相机的视点、镜头和胶片（屏幕）来实现这一过程。视点变换决定了观察者的立场，模型变换调整物体在场景中的位置，投影变换则模拟了相机镜头的效果，将三维物体投影到二维平面上，有正射投影（平行投影）和透视投影两种方式。正射投影适用于工程绘图，透视投影则更接近人眼的视觉效果。视口变换将投影后的图像限定在屏幕的特定区域，定义了图像在屏幕上的显示范围和尺寸。 在OpenGL中，这些变换是通过矩阵运算来实现的。每个变换都会生成一个4x4的矩阵，与当前矩阵相乘形成新的当前矩阵，这个矩阵会作用于顶点坐标，完成坐标变换。顶点坐标在OpenGL中使用齐次坐标表示，以确保变换的灵活性。变换的顺序很重要，因为实际的变换是从最后一个指定的变换开始，逆向作用于顶点坐标。 视点变换使用与模型变换相同的命令，但其效果不同。默认情况下，视点位于坐标系原点，指向Z负轴。通过改变视点位置或物体位置，可以实现不同的视图效果。视点变换对场景的视角进行设置，影响用户如何看待三维空间中的对象。 OpenGL的坐标系统和变换机制是构建三维图形的关键组成部分。通过理解和熟练运用这些概念，开发者可以创建出逼真的三维场景，并将其精确地呈现在二维屏幕上。掌握这些知识，意味着迈入了三维图形编程的世界。