OpenGL-坐标系

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天然槑17
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在显示器的屏幕窗口上定义一个对齐的矩形的视口,OpenGL会自动建立 世界窗口 视口 的变换(包括缩放和平移)。当世界窗口中所有对象都被绘制时,对象在世界窗口中的部分会被 自动地映射 到视口中————换句话说,被 映射 到屏幕坐标中,即 像素在显示器上的坐标。

视口就是窗口内部用于绘制裁剪区域的客户区域

坐标系统从笛卡尔坐标到物理屏幕像素的映射是通过视口(viewport)的设置来指定

视口一般和窗口是等比的

正投影(Orthographics Projection)或平行投影

透视投影

OpenGL里 每个顶点的z,y,z都应该在−1到1之间,超出这个范围的顶点将是不可见

顶点坐标在转换为屏幕坐标之前会变换多个坐标系统( Coordinate System ),之所以引入 过渡坐标系 是为了更加方便操作和运算

共有5中比较重要的坐标系系统

将顶点从一个坐标系转换到另一个坐标系需要用到几个变换矩阵,其中几个比较重要的是 模型(Model)、观察(View)、投影(Projection)三个矩阵

物体顶点 的起始坐标按序经过上述5个坐标系系统最终转换为 屏幕坐标

图形学中的几个比较重要的坐标系:

1.世界坐标系
它是一个特殊的坐标系,它建立了描述其他坐标系所需要的参考系。也就是说,可以用世界坐标系去描述其他所有坐标系或者物体的位置。所以有很多人定义世界坐标系是“我们所关心的最大坐标系”,通过这个坐标系可以去描述和刻画所有想刻画的实体。

世界坐标系又称 全局坐标系 或者 宇宙坐标系 。

2.物体坐标系
物体坐标系与特定的物体关联,每个物体都有自己特定的坐标系。不同物体之间的坐标系相互独立,可以相同,可以不同,没有任何联系。同时,物体坐标系与物体绑定,绑定的意思就是物体发生移动或者旋转,物体坐标系发生相同的平移或者旋转,物体坐标系和物体之间运动同步,相互绑定。

举例说明一下物体坐标系:我们每个人都有自己的物体坐标系,当我们决定要往前走的时候,每个人实际前行的绝对方向都不一样,可能是向北,也可能向南,或者其他方向。这里前后左右是物体坐标系中的概念。当告诉张三往前走,就是张三同学沿着自己物体坐标系的前方运动。至于张三往前走是往东还是向北,这是张三的运动在世界坐标系下的描述。

这个立方体的物体坐标系如图所示,不论该立方体位于世界坐标系的任何位置,处于什么角度,物体坐标系与物体都是绑定在一起。
物体坐标系又称模型坐标系

3.摄像机坐标系

4.惯性坐标系
惯性坐标系是为了简化世界坐标系到惯性坐标系的转化而产生的。惯性坐标系的原点与物体坐标系的原点重合,惯性坐标系的轴平行于世界坐标系的轴。引入了惯性坐标系之后,物体坐标系转换到惯性坐标系 只需旋转 ,从惯性坐标系转换到世界坐标系 只需平移 。
从惯性坐标系转换到世界坐标系只需要平移

物体坐标/对象坐标(Object Space)
|
模型变换(transformation)
|
世界坐标(World Space)
|
视变换(Viewing)
|
观察者坐标/摄像机坐标(Eye Space)
|
投影变换(Projection transformation)
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裁剪坐标(Clip Space)
|
透视除法(Perspective divide)
|
规范化设备坐标(NDC Space)
|
视口变换(ViewPort mapping)
|
屏幕坐标(Screen space)

用户自定义变换(在 顶点着色器 中完成)
Attribute -> Vertex -> 模型变换(Model Space) -> World Space > Camera Space -> Clip Space
|
OpenGL变换( 顶点着色器处理后 的阶段完成)
透视除法(Clipping) -> NDC Space -> Window Space -> Render

视口变换:
使用 glViewPort 内部的参数来将标准化设备坐标映射到屏幕坐标,每个坐标关联一个屏幕上的点的过程

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