OpenGL视点与投影变换详解

本文档主要介绍了照相机在计算机图形学中的表示方法，特别是视点坐标系、视图变换、投影变换以及视景体的概念。它详细解析了OpenGL中用于实现这些变换的函数，包括`gluLookAt`、`glOrtho`和`glFrustum`。 1、视点坐标系和视图变换 视点坐标系是计算机图形学中用来模拟相机观察场景的一种方式。`gluLookAt`函数用于设定相机的位置（eyex, eyey, eyez）和观察的目标点（centerx, centery, centerz），以及相机的向上方向（upx, upy, upz）。通过这个函数，可以实现视角的平移、旋转等操作，使得场景能够从不同角度呈现。 2、投影变换与视景体 投影变换是将三维物体转换到二维图像平面的过程，分为正交投影和透视投影两种类型。 - 正交投影函数`glOrtho`用于创建一个平行投影，其中物体的形状不会因距离观察者的远近而改变。参数`left`和`right`定义了在X轴上的范围，`bottom`和`top`定义了Y轴的范围，`near`和`far`定义了Z轴的近裁剪面和远裁剪面。这种投影常用于绘图和工程应用，因为它提供了准确的比例尺。 - 透视投影函数`glFrustum`则模拟了真实世界的透视效果，物体离观察者越远，看起来就越小。它接受与`glOrtho`类似的参数，但产生的投影矩阵会考虑深度，使得物体在远离观察者的方向上逐渐缩小。这在游戏和3D渲染中非常常见，因为它们能提供更真实的视觉感受。 在实际应用中，通常会先进行视图变换，然后是投影变换。视图变换通常会先设定一个模型矩阵，用以定位和旋转物体，然后设置投影矩阵来决定视景体的形状和大小。最后，这些变换矩阵会作用于场景中的每一个顶点，将三维空间的物体映射到二维屏幕。 总结起来，理解并掌握视点坐标系、视图变换和投影变换对于开发3D应用程序至关重要，无论是游戏开发、虚拟现实还是可视化项目，这些基础知识都是构建逼真场景的基础。在OpenGL中，`gluLookAt`、`glOrtho`和`glFrustum`是实现这些功能的关键工具，它们允许开发者精确控制观察者的位置、视线方向以及场景的显示方式。