OpenGL右手坐标系详解与6大坐标系转换

OpenGL坐标系是计算机图形学中一个至关重要的概念，它用于描述3D空间中的位置和方向。OpenGL采用右手坐标系，这是一种常见的三维坐标系统，其规则是： 1. **X轴**：从左到右增加，代表向前或远离观察者的方向。 2. **Y轴**：从下到上增加，表示向上或者向天空的方向。 3. **Z轴**：从远到近增加，意味着远离观察者或者深度增加。 OpenGL坐标系统分为两种主要类型： - **世界坐标系**：这是全局的参照系，通常以屏幕中心（0,0,0）为原点，用户面对屏幕时，x轴朝右，y轴朝上，z轴朝向观察者。长度单位设置为使得屏幕范围在(-1,-1)到(1,1)之间。 - **当前绘图坐标系**：是程序执行时的局部坐标系，初始时与世界坐标系相同。通过`glTranslatef()`、`glScalef()`和`glRotatef()`等函数可以对其进行变换，这些变换会影响后续的图形绘制，所有图形操作都是在这个坐标系内进行的。 OpenGL中存在六个相关坐标系，它们分别是： - **Object/Model Coordinates**：物体本身的原始位置和方向。 - **World Coordinates**：物体在世界中的实际位置，与模型坐标关联。 - **Eye/Camera Coordinates**：观察者的视角坐标，相当于相机的位置和视角。 - **Clip Coordinates**：经过投影后的坐标，用于裁剪不必要的部分。 - **Normalized Device Coordinates**：归一化的设备坐标，映射到屏幕上的范围。 - **Window/Screen Coordinates**：最终显示在屏幕上的像素坐标。 在OpenGL编程中，关键的转换是**model-view transformation**，它将模型坐标转换为相机坐标，即从物体坐标到观察者视角的过程。初始状态下，物体、世界和相机坐标都是重合的，但随着视图操作，如移动、旋转和缩放，这些坐标系会分离。例如，当你创建一个对象并放置在相机坐标系中时，你实际上是在调整相机的位置和视角，以便从该视角观察对象。 理解这些坐标系的动态变化对于在OpenGL中精确控制和渲染3D场景至关重要。当你需要变换视角或者移动观察点时，你需要灵活运用这些坐标系，并确保正确地将几何变换应用到适当的坐标上，以达到预期的视觉效果。