三维可视化：世界坐标系与物体坐标系解析

"这篇资料主要讨论了计算可视化中的世界坐标系和物体坐标系，以及3D可视化的基础知识，包括投影变换、颜色表达和光照模型。此外，还提到了顶点法向量在3D着色中的作用。" 在计算可视化中，世界坐标系是一个全局性的参考框架，用于定位所有其他坐标系，它被比喻为最大的坐标系，但不一定代表整个宇宙。相对而言，每个物体都有其独立的物体坐标系，这个坐标系会随物体自身的移动和旋转而变化。例如，当一个figure在本地坐标系中旋转90度并沿Y轴平移后，在世界坐标系中看起来是在X轴上平移。 三维可视化涉及多个重要概念，如正平行投影和透视投影，这两种投影方式在将3D空间转换为2D图像时起到关键作用。在这一过程中，视点变换、模型变换、投影变换和视口变换是必不可少的步骤，它们模拟了从真实世界中通过相机捕捉景象的过程。 颜色表达是3D可视化中的另一关键环节。通常，颜色由红、绿、蓝(RGB)和阿尔法(A)四个通道组成，其中阿尔法通道表示透明度。色深（Bit深度）决定了颜色的丰富程度，随着技术的进步，更高的色深成为趋势。在3D渲染中，顶点颜色和法向量至关重要，顶点法向量用于计算光照效果，为多边形赋予逼真的色彩。3D光照模型通常包括环境光和直射光，环境光提供全局照明，直射光则来自特定光源，有明确的方向和强度，包括点光源、聚光灯和平行光等多种类型。 顶点法向量是指与3D表面垂直的向量，它定义了表面的正面和背面，对计算光线与表面的交互至关重要。在着色模式中，这些信息结合光源信息，决定了多边形最终呈现的颜色。 本资源涵盖了3D可视化的核心概念，从坐标系到颜色处理，再到光照和阴影，这些都是创建真实感3D图形的关键元素。理解和掌握这些知识对于进行3D建模、游戏开发或者科学可视化等领域的工作极其重要。