OpenGL ES2.0中的投影矩阵

## 1. 引言

### 1.1 OpenGL ES2.0简介

OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是一种用于嵌入式系统的图形库标准，提供了一套用于渲染2D和3D图形的API。OpenGL ES2.0是OpenGL ES中较旧版本，广泛应用于移动设备和嵌入式系统中。它提供了一种简化的图形编程接口，使开发人员能够在不同的设备上呈现高质量的图形效果。

### 1.2 投影矩阵的作用

投影矩阵是OpenGL ES2.0中的一个关键概念，它用于将三维空间中的物体投影到二维屏幕上。它是实现透视效果和视角变换的关键组件，对于实现真实的三维场景效果非常重要。

在渲染图形时，我们常常需要将三维物体投影到二维屏幕上，以获得逼真的视觉效果。投影矩阵的作用就是根据观察者的位置和视角来变换物体的坐标，使其在二维屏幕上的投影呈现出正确的视觉效果。通过改变投影矩阵的参数，我们可以实现不同的视角变换和透视效果。

## 2. 编写基本的OpenGL ES2.0程序

在开始编写OpenGL ES2.0程序之前，我们需要先设置好OpenGL ES2.0的环境。接下来，我们将演示如何创建一个基本的OpenGL ES2.0程序，并使用投影矩阵来实现视点的变换效果。

### 2.1 设置OpenGL ES2.0环境

首先，我们需要导入必要的库来使用OpenGL ES2.0的相关函数。以Python为例，我们可以使用PyOpenGL库来进行开发。

import pygame
from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *

然后，我们需要初始化Pygame和创建一个窗口来显示OpenGL ES2.0的场景。

def init():
    pygame.init()
    display = (800, 600)
    pygame.display.set_mode(display, pygame.DOUBLEBUF | pygame.OPENGL)

接下来，我们需要设置一些基本的OpenGL ES2.0配置，如清屏颜色和深度测试。

def setup():
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
    glEnable(GL_DEPTH_TEST)
    glDepthFunc(GL_LESS)

最后，在主循环中，我们可以使用以下代码来清屏并刷新显示。

def main():
    init()
    setup()
    
    while True:
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        # 绘制场景的代码
        pygame.display.flip()
        pygame.time.wait(10)

if __name__ == "__main__":
    main()

### 2.2 创建投影矩阵

在OpenGL ES2.0中，投影矩阵用于将三维场景投影到视口上。通常，我们需要使用投影矩阵来定义一个三维世界的视景体，使其映射到二维屏幕上。在OpenGL ES2.0中，可以使用透视投影和正交投影两种投影方式。

为了创建投影矩阵，我们可以使用OpenGL的辅助库——GLU。GLU库提供了一些函数来生成投影矩阵。

下面是一个使用GLU库创建透视投影矩阵的示例代码：

def set_perspective_projection(fovy, aspect, znear, zfar):
    glMatrixMode(GL_PROJECTION)
    glLoadIdentity()
    gluPerspective(fovy, aspect, znear, zfar)

### 2.3 设置视口和投影矩阵

在完成投影矩阵的创建后，我们还需要设置视口和投影矩阵。视口定义了OpenGL渲染目标的区域，一般对应于屏幕的一部分。

以下是设置视口和投影矩阵的示例代码：

def set_viewport_and_projection(viewport_width, viewport_height, fovy, aspect, znear, zfar):
    glViewport(0, 0, viewport_width, viewport_height)
    set_perspective_projection(fovy, aspect, znear, zfar)

在主循环中调用以上函数，即可设置好视口和投影矩阵。

def main():
    init()
    setup()
    
    viewport_width = 800
    viewport_height = 600
    fovy = 45.0
    aspect = viewport_width / viewport_height
    znear = 0.1
    zfar = 100.0
    
    set_viewport_and_projection(viewport_width, viewport_height, fovy, aspect, znear, zfar)
    
    while True:
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        # 绘制场景的代码