OpenGL之视图变换与全局坐标系统学习笔记

8:19---9:00

总结与计划

[OPENGL学习]

[视图和模型变换]

对变换进行的思考

模型变换

视图变换

[投影变换]

透视投影

正投影

视景体裁剪

[视口变换]

视口变换

变换深度坐标

视图变换

时间:

9:34---10:23

其是操作相机.

其包括:相机的位置,方向

其在程序当中的实现为:

移动与旋转两个操作.

在OPENGL当中,对于相机或物体的操作,其均是使用相同的函数.使用相机的模型矩阵.

那怎么样区分哪些是对于相机的操作,哪些是对地物体的操作呢.

扩展:

OPENGL变换,其是属性OPENGLAPP的四大模块当中的:显示模块.

初始模块

显示模块

用户操作模块

结束模块

初始模块:

本地窗口地创建,OPENGL环境的建立,对象的创建

显示模块:

其是场景的建立,包括:相机位置的确定,相机视野大小的确定(投影).

对象在空间当中的位置与方向.

用户操作模块:

响应业务事件,事件处理.

结束模块:

资源释放

==>OPENGL其是一个界面的显示工具,我们在写APP的时候,要去将界面与业务逻辑分层.以便于移植,如:将要使用DX,那也很方便的.

位置:其是由X,Y,Z所确定的,其的改变是通过translatef来进行的.

方向:其是描述相机的朝向,在一个3D空间当中,对象的朝向,其是怎么样描述的,怎么样表达的,怎么样操作的.

[注意:]

在3D空间,我们首先要明白的第一件事:其是使用什么坐标系.

1.相机的坐标系

2.相机的默认位置:原点

3.相机的默认方向　：　Z轴的负方向

其分成三个部分来讲解：

１.　基本的模型变换函数　，用于视图变换，与其的意思

２.　工具函数库：gluLookAt()其定义一条视线，其是封装了一系列的旋转和移动操作．

３.　创建自己的工具函数，对于旋转和移动的封装．其的背景与作用

[１.　基本的模型变换函数]

在OPENGL当中，对于相机（观察点）的变换操作，其是使用模型变换函数来完成的．

１.　要知道哪些是对于相机的操作，哪些是对于物体的操作

２.　对于相机的操作，其本质是对于物体的反操作，如：相机向Z轴的原点向正方向移动5，相当于物体在Z轴的原点向负方便移动5.

小规则：在默认情况下，操作相机向前移动，就是沿Z轴的负方向移动．如果旋转了相机那意思就不同，为什么呢，哪一点．

更简单点：相机不动，而物体动，在显示模块当中，其均是操作物化．

例子：

使用相机与物体之间距离5个单位，其是使用

glTranslatef(0.0,0.0,-5.0);

其的解释：

１.　将场景当中的物体沿Z轴移动-5个单位

２.　将相机沿Z轴移动＋５个单位

现在假设我们要从侧面观察物体．

背景：

相机与物体其均在原点．

分析：

观察+从侧面

观察：

因为相机与物体均原点，所以要移动相机或物体－－＞　3DAPP当中的显示模块其应该是要包括移动操作语句．

从侧面：

其是要旋转相机或物体，

编程实现：

我们要先写移动，还是先写旋转呢，语句的次序不同，其的效果也是不同的．

因为矩阵的乘法没的交换律A*B!=B＊A

我们应该是先旋转后移动．

在编写代码的时候，要先写移动后写旋转．其原因还是因为矩阵乘法不满足交换律．

这种思考问题的方式很麻烦的．（其是以全局固定坐标系统）

我们应该改变一种问题的思考方式．

局部移动坐标系统：

其的好处：逻辑次序与编写代码的次序相同．

关键：

局部＋　移动　＋坐标系统

坐标系统是什么:

局部:其是相对于哪一个

移动:其是谁移动呢.

其就为什么可以很逻辑次序与编写代码的次序相同.

-->

本质:

OPENGL其的本质不变的.

矩阵的相乘不满足交换律也是不变的.

能够改变的:

思考问题的逻辑次序

我们使用全局固定坐标思考问题的逻辑次序与编写代码的次序相反.

局部移动坐标系统,

局部+移动+坐标系统

此坐标系统与全局固定坐标系统,初始相同.

其为什么是局部,为什么是移动呢.

局部:其是描述物体的,而全局固定坐标系统,其是描述场景的.

考虑把物体以及它的局部坐标系统移离原点===>体现了局部移动坐标系统当中的移动特点

然后,根据经过移动的坐标系统调用旋转函数.

注意:

全局固定坐标系统与局部移动坐标系统,其在旋转的参照点不同.

前者:

总是根据全局原点进行的

后者:

根据局部坐标系统的原点进行.而此原点是会变化的.

关键:

在默认情况下,向前就是没Z轴的负方向,

默认情况:

相机与物体均是在原点处且没有旋转

一般情况:

其是要考虑是否旋转了物体或相机.,结果虽然还是移动,但其表现的效果是不同的,其可能不是沿着Z轴方向旋转而是成一定的角度方

向移动.

小结:

全局固定坐标系统与局部移动坐标系统,其的本质是相同的,只是其的思考的方式不同而矣.

其在OPENGL的表现是一样的.OPENGL其还是以矩阵相乘的方式进行的.

[使用工具函数gluLookAt()]

在前面的学习当中,我们知道了怎么样思考移动,旋转对象,与使用OPENGL编程实现,

不管是全局固定坐标系统还是局部移动坐标系统,

其的本质还是:glTranslatef,glRotatef.

为了确定一个对象在3D空间当中的位置与方向,我们要使用glTranslatef,glRotatef

我们能否将此操作过程封装起来,留出的接口:　接口参数，在哪里，朝向，

工具函数gluLookAt其就是为了这一个目标所产生的．

显示模块的全局思路：

构建场景

布置适合地观察点

gluLookAt其就是来布置观察点的．其说明了相机的位置，相机瞄准的参考点，并且提示哪个方向是朝上（说明是正立看，还是倒

立看）

方向其是由向量来表示，向量其是由点来表示的．

向量是有大小和方向的．所以朝向应该是由向量来表达．

注意：

voidgluLookAt(GLdoubleeyex,GLdoubleeyey,GLdoubleeyez,

GLdoublecenterx,GLdoublecentery,GLdoublecenterz.

GLdoubleupx,GLdoubleupy,GLdoubleupz);

我们通过EYE(X,Y,Z)来指定了观察点，瞄准点，朝向．

gluLookAt　其内部是会通过glTranslatef,glRotatef,或自定义矩阵然后调用glMultMatrixf，不管是哪些方案其均是影响

MODELMatrixf（　模型矩阵）

其哪些参数是说明：

相机的位置（　相机位于哪一点）

相机的朝向（　相机旋转了多少）

eye　其是说明相机的位置

center其是说明相机的朝向，也是瞄准着哪个方向看，

具体怎么样的移动，旋转其均是由gluLookAt来计算出来的．

void

gluLookAtf(GLfloateyex,GLfloateyey,GLfloateyez,GLfloatcenterx,

GLfloatcentery,GLfloatcenterz,GLfloatupx,GLfloatupy,GLfloatupz)

{

GLfloatforward[3],side[3],up[3];//向量的表示

GLfloatm[4][4];//变换矩阵

/*

其是计算观察点与参考点之间的向量　（forward向量）

*/

forward[0]=centerx-eyex;

forward[1]=centery-eyey;

forward[2]=centerz-eyez;

/*

其是规范化foward向量,也就是算出单位向量（说明方向）

*/

normalizef(forward);

up[0]=upx;

up[1]=upy;

up[2]=upz;

crossf(forward,up,side);

normalizef(side);

crossf(side,forward,up);

__identf(&m[0][0]);

m[0][0]=side[0];

m[1][0]=side[1];

m[2][0]=side[2];

m[0][1]=up[0];

m[1][1]=up[1];

m[2][1]=up[2];

m[0][2]=-forward[0];

m[1][2]=-forward[1];

m[2][2]=-forward[2];

glMultMatrixf(&m[0][0]);//之前的所有操作均是为确定怎么样旋转

glTranslatef(-eyex,-eyey,-eyez);

}

==>gluLookAt

其主要包括两个方面：　旋转，平移．

关键：

１.旋转的向量确定，（沿着哪个向量旋转，以什么角度旋转）

２.其是先旋转后平移．（如果先平移后旋转，那就可以相机永远在哪一个轴上）

向量

在编程当中，向量其主要是用到了向量的几何性质.

所以向量的方向,

所以向量相乘是:坐标值的相乘,而没有角度.这些均是很关键的

投影变换

其是OPENGL当中的四大模块当中的显示模块的内容,

其是属于显示模块当中的变换部分.

其的主要功能是:确定相机的视野.

我们自己生活在一个3D空间当中,当我们固定在一个空间当中的时候,我们所能到的东西范围是有限的.两只眼睛比一只眼睛所能观察到的东西都

一些的.

我们是看到一个空间当中的一部分.如果想观察到空间当中的其它部分,我们就要转身或旋转脑袋.

在OPENGL当中,其是怎么样表达一个相机的视野空间的呢.

定义好了视野空间,其又是怎么样将3D变换到2D屏幕上显示的呢.

其包括两个方面的内容:

1.视野空间的定义

2.视野空间当中的3D物体怎么样投影到2D屏幕上面.(可以想象成直接忽视视野空间当中的对象的Z值)

==>投影变换其就是来解决这一部知识的.

注意:

变换的本质:

顶点与矩阵相乘.不同的变换,其只是矩阵的值不相同而矣.所以当我们看到一个变换的时候,要知道其是操作什么样的矩

阵,其的矩阵值是多少.

如:视图模型矩阵其的操作GL_MODELVIEW

投影变换其所操作的矩阵是:GL_PROJECTION

在OPENGL当中,我们要去知道,此变换函数其是操作哪一个矩阵.是:GL_MODELVIEW,GL_PROJECTION,GL_TEXTURE.当中的哪一

个.其是通过glMatrixMode(...)来指定的.

但这三个矩阵其均是使用当前矩阵来进行相乘.所以为了避免之前的影响,我们会去使用glLoadIdentity().来将当前矩阵设置为单位

矩阵

[3.3.1透视投影]

其的特点是:与我们人眼所观察到物体对象是不一样的.远处的东西看小些,近处的东西看大些,但没有不清楚的功能.

透视投影流程:

1.设置矩阵模型为GL_PROJECTION

2.将当前矩阵设置为单位矩阵

3.设置视景体,glFrustum

4.根据glFrustum的参数计算出一个矩阵.

5.其与当前矩阵,

6.其结果会保存在GL_PROJECTION矩阵当中.

7.3D空间到2D屏幕上显示的时候,顶点其就会与此矩阵相乘.

注意:

平截头.其是由裁剪平面所组成的.其包括4个侧面,顶面,底面.

裁剪平面与矩阵之间是什么关系呢.

工具函数:

gluPerspective其是定义成一个视景体.

glFrustum其函数参数是指定近侧裁剪平面的两个角.

gluPerspective其的参数是指定:y方向上视野的角度和纵横比(X/Y).

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