二、OpenGL坐標(biāo)系

1. 2D笛卡爾坐標(biāo)系

2D笛卡爾坐標(biāo)系

坐標(biāo)是由x、y決定的老赤。

2. 3D笛卡爾坐標(biāo)系

3D笛卡爾坐標(biāo)系

坐標(biāo)是由x轮洋、y、z決定的抬旺。

3. 視口

glViewport(GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height)

窗口弊予、視口大小相同
窗口、視口大小不同

窗口和視口大小可以相同开财,也可以不同汉柒,一般情況跟窗口等比。

4. 投影

  • 人們把光源的出發(fā)點稱為投影中心责鳍;
  • 投影中心與物體上各點的連線稱為投影線碾褂;
  • 接受投影的面,稱為投影面历葛;
  • 過物體上各點的投影線與投影面的交點稱為這些點的投影正塌。
  • 投影分為中心投影平行投影兩大類。
  • 所有投影線都交于投影中心點的投影稱為中心投影恤溶。透視圖就是用這種投影方法繪制成的乓诽。
  • 所有的投影線都互相平行的投影稱為平行投影。平行投影又分為斜投影正投影兩種咒程。當(dāng)投影線傾斜于投影面時鸠天,稱斜投影;投影線垂直于投影面時孵坚,稱正投影 粮宛。
透視投影(左) 正投影(右)

4.1 正投影

正投影是指平行投射線垂直于投影面。

4.2 透視投影

透視投影屬于中心投影卖宠。

透視投影圖簡稱為透視圖或透視,它是從某個投射中心將物體投射到單一投影面上所得到的圖形忧饭。透視圖與人們觀看物體時所產(chǎn)生的視覺效果非常接近扛伍。透視圖以渲染、配景词裤,使之成為形象逼真的效果圖刺洒。

5. OpenGL ES中的坐標(biāo)系

OpenGL ES坐標(biāo)系統(tǒng)包括視窗坐標(biāo)規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)吼砂、裁剪坐標(biāo)視覺坐標(biāo)逆航、世界坐標(biāo)對象坐標(biāo)渔肩,如下圖的洋蔥一樣成一個多層系統(tǒng)因俐。

OpenGL ES中的坐標(biāo)系系統(tǒng)

世界物體照相機空間是右手坐標(biāo)系抹剩。
規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系用的是左手坐標(biāo)系撑帖。

左手坐標(biāo)系和右手坐標(biāo)系

5.1 視窗坐標(biāo)系

視窗坐標(biāo)系

視窗坐標(biāo)也就是我們手機窗口對應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng),以左上角為原點澳眷,右下角對應(yīng)我們手機的最大像素值的集合胡嘿,如下圖是一個像素為320*480的手機,那他右下角的坐標(biāo)就是(320,480)钳踊。

5.2 規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系

規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系

規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)是以屏幕中心為原點衷敌,X軸朝右,Y軸朝上拓瞪,所以左下角的坐標(biāo)為(-1, -1)逢享,右上角的坐標(biāo)為(1,1)。當(dāng)然這是z軸為0時的顯示吴藻,實際上我們的規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系統(tǒng)是要考慮z軸瞒爬,所以由平面要轉(zhuǎn)換成一個正方體,原點坐標(biāo)為(0,0,0)沟堡,也就是這個立方體的中心侧但,而它左上角離我們最近的那個頂點的坐標(biāo)就是(1,1,1),右下角離我們最遠的那個頂點的坐標(biāo)就是(-1,-1,-1)航罗。

5.3 裁剪坐標(biāo)系

裁剪坐標(biāo)系

裁剪坐標(biāo)是執(zhí)行矩陣變換透視投影之后禀横,但在執(zhí)行透視除法之前的坐標(biāo)。超出裁剪空間的坐標(biāo)會被丟棄粥血。

5.4 視覺坐標(biāo)系

視覺坐標(biāo)系

視覺坐標(biāo)系是從我們的眼睛出發(fā)朝我們的手機設(shè)備看過去所能看到的柏锄,會有一個z軸的最近距離和最遠距離,也就是zNearzFar复亏,只有在這兩者之間并且也滿足x軸和Y軸坐標(biāo)在屏幕當(dāng)中的坐標(biāo)才會顯示出來趾娃,越遠的東西會顯示得越小,產(chǎn)生透視的效果缔御。

5.5 世界坐標(biāo)系

世界坐標(biāo)系

世界坐標(biāo)就是一個用戶構(gòu)造的固定的坐標(biāo)系抬闷,方便描述這個坐標(biāo)系下各種物體相對于原點的位置。

5.6 物體坐標(biāo)系

物體坐標(biāo)系

每個物體都有自己獨立的坐標(biāo)系耕突。當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)和移動的時候笤成,這個坐標(biāo)系也會發(fā)生相應(yīng)的變化。

5.7 慣性坐標(biāo)系

慣性坐標(biāo)系

慣性坐標(biāo)系是指世界坐標(biāo)系和物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的中間產(chǎn)物眷茁。慣性坐標(biāo)系的原點和物體坐標(biāo)系的原點重合炕泳,但慣性坐標(biāo)系的軸和世界坐標(biāo)系的軸平行。

為什么要引入慣性坐標(biāo)系上祈?因為物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到慣性坐標(biāo)系只需要旋轉(zhuǎn)培遵,從慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系只需要平移浙芙。

6. OpenGL中的坐標(biāo)變換

OpenGL最終渲染到屏幕上是2D的,所以我們需要將3D坐標(biāo)進行一系列的變換為2D坐標(biāo)荤懂,整個過程如下圖所示茁裙。

OpenGL中的坐標(biāo)變換

OpenGL中只定義了裁剪坐標(biāo)系须肆、規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系和屏幕坐標(biāo)系拆宛。而局部坐標(biāo)系(模型坐標(biāo)系)、世界坐標(biāo)系和相機坐標(biāo)系都是為了方便用戶設(shè)計而自定義的坐標(biāo)系勾习,他們的關(guān)系如下圖所示廊宪。

坐標(biāo)變換
  • 模型變換矾瘾、視變換、投影變換由用戶在頂點著色器中完成箭启。
  • 透視除法壕翩、視口變換OpenGL在頂點著色器處理之后完成。

開發(fā)中傅寡,從局部坐標(biāo)系(模型坐標(biāo)系)到裁剪坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)變是通過矩陣運算得到的放妈。這三個矩陣就是MVP矩陣:模型矩陣(M)、觀察矩陣(V)和投影矩陣(P)荐操。

V_clip = M_pro * M_view * M_model * V_local

在頂點著色器中完成計算后芜抒,計算結(jié)果會交給gl_PositionOpenGL將會自動計算透視除法和裁剪托启。

6.1 模型變換

模型變換的目的是通過變換宅倒,使得用頂點定義或3D模型軟件構(gòu)造的模型,能夠按照需要屯耸,通過縮小拐迁、平移、旋轉(zhuǎn)等操作放置到場景中合適的位置疗绣。

通過模型變換后线召,物體的位置在全局的世界坐標(biāo)系下,世界坐標(biāo)系是所有物體交互的一個公共坐標(biāo)系持痰。

6.2 視變換

視變換是為了方便觀察場景中的物體灶搜、方便計算而設(shè)立的坐標(biāo)系。相機坐標(biāo)系中的坐標(biāo)工窍,是從相機的角度來解釋世界坐標(biāo)系中的位置。

世界坐標(biāo)系與相機坐標(biāo)系
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