OpenGL编程：走进三维世界的坐标变换解析

"OpenGL编程讲座之坐标变换" OpenGL是用于创建3D图形的库，它提供了一种标准化的方式来处理计算机图形学中的坐标变换。在OpenGL中，理解并掌握坐标变换是进入3D图形编程的关键。主要的变换包括几何变换、投影变换、裁剪变换和视口变换，这些变换共同作用于3D物体，最终将其转化为2D图像在屏幕上显示。 1. 几何变换：这是最基础的变换，包括平移（translation）、旋转（rotation）、缩放（scaling）等，它们用于改变物体在世界坐标系中的位置、方向和大小。OpenGL使用矩阵运算来执行这些变换，允许开发者灵活地调整3D对象的属性。 2. 投影变换：在OpenGL中，有两类投影：正交投影（Orthographic Projection）和透视投影（Perspective Projection）。正交投影提供了一个等距的视图，所有物体看起来大小相同，不随距离变化而变化。透视投影则模拟真实世界的视觉效果，离观察者近的物体显得大，远的物体显得小。 3. 裁剪变换：此变换确保只有在视椎体内的物体部分被渲染。视椎体是一个3D空间区域，超出这个区域的对象将被剔除，从而节省计算资源和提高渲染效率。 4. 视口变换：最后，3D坐标被映射到2D屏幕坐标上，这一步称为视口变换。它将3D空间的坐标归一化到0-1区间，然后根据屏幕分辨率扩展到实际的像素坐标。 5. 矩阵堆栈：OpenGL提供了一组预定义的矩阵堆栈，包括模型视图矩阵堆栈、投影矩阵堆栈和纹理矩阵堆栈，便于进行组合变换和状态管理。开发者可以通过推入（push）和弹出（pop）矩阵，以及加载（load）和替换（mult）矩阵，来控制和组织变换顺序。 6. 局部坐标系与世界坐标系：局部坐标系以物体自身为中心，方便对物体进行旋转、平移和缩放。而世界坐标系是一个固定的参考系，所有物体都在其中定位。在OpenGL中，可以使用模型视图矩阵来从局部坐标系转换到世界坐标系。 7. 相机模拟：OpenGL中的相机模拟概念帮助理解从3D到2D的转换过程。相机模拟包括设定视点、确定视锥体的方向和大小，以及设置视口。通过这种方式，可以控制用户“看”3D场景的角度和范围。 8. 屏幕坐标系：最后，经过上述变换后的3D物体被映射到屏幕坐标系上，这个坐标系通常是左下角为原点，与屏幕像素对应。这使得3D物体能够在2D屏幕上正确地显示出来。 理解并熟练应用这些变换是OpenGL编程的基础，通过它们，开发者能够创造出丰富多样的3D视觉效果。在实际编程中，结合OpenGL提供的函数，如glTranslate、glRotate、glScale等，可以轻松实现各种复杂的坐标变换。