"本讲义主要探讨了OpenGL在三维图形学中的应用,涵盖了模型变换、观察变换、投影变换以及窗口至视区的变换等关键步骤。OpenGL是一个强大的、跨平台的图形库,提供了丰富的功能来生成高质量的三维图形,包括图元生成、几何变换、投影、光照和光栅化等。其历史源自SGI公司的IRISGL,并逐渐发展成为一个开放的工业标准。OpenGL库包含了115个基本函数,OpenGL实用库提供了43个高级图形处理函数,而辅助库则用于窗口管理。OpenGL的一大特点是其网络兼容性和硬件无关性,这使得应用程序具有良好的移植性。在OpenGL的工作流程中,首先构建几何对象,然后进行空间定位和观察设置,接着处理颜色和光照,最后通过光栅化将图形转化为屏幕上的像素表示。"
在三维图形的处理中,模型变换、观察变换、投影变换和窗口至视区的变换构成了图形渲染的基本流程:
1. **模型变换**:这是将物体从其原始坐标系转换到世界坐标系的过程,通常包括平移、旋转和缩放等操作,使得物体能够按照设计的位置和姿态出现在场景中。
2. **观察变换**:也称为视点变换,是从全局世界坐标系转换到观察者坐标系。在这个阶段,确定了观察者的位置和朝向,从而决定哪些部分的物体会被看到。
3. **投影变换**:投影变换将三维物体转换为二维投影,常见的有正交投影和透视投影。透视投影模拟人眼对远近物体大小差异的感知,而正交投影则保持物体各边长度不变,适用于制作图表和布局设计。
4. **窗口至视区的变换**:这个阶段将投影后的图像进一步映射到设备的视口,即屏幕的矩形区域。这通常涉及到坐标归一化,确保图像正确适应显示器的分辨率。
OpenGL提供了一系列函数来实现这些变换,例如`glTranslate3f()`用于平移,`glRotate3f()`用于旋转,`gluPerspective()`用于设置透视投影,以及`glViewport()`用于定义视口范围。通过灵活运用这些函数,开发者可以精确控制图形的显示效果。
在实际编程中,OpenGL的函数命名遵循特定规范,通常以`gl`、`glu`或`aux`开头,分别对应基本库、实用库和辅助库。OpenGL的这种模块化设计使其成为开发者处理复杂三维图形的理想工具。同时,由于其硬件无关性和良好的网络支持,OpenGL被广泛应用于游戏开发、科学可视化、虚拟现实等多个领域。