OpenGL三维图形变换详解

"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。