OpenGL三维编程：视图与模型变换详解

"该资源是一份关于OpenGL的PPT，主要讲解了视图与模型变换在OpenGL中的应用，以及如何创建OpenGL程序、光照与纹理贴图等基础知识。" OpenGL是计算机图形学领域广泛使用的一个开源图形库，它允许开发者创建复杂的三维图形。在OpenGL中，视图与模型变换是构建三维场景的关键部分，它们负责将物体的三维坐标转换为屏幕上的二维图像。 首先，了解三维绘图程序的本质很重要。一个三维图形实际上是由点和线组成的，每个点都有其三维坐标(x, y, z)。在屏幕上显示时，需要将这些三维坐标转换为二维坐标(x', y')。这个过程涉及到一系列的数学运算，通常包括投影和平移等变换。 三维成像原理可以简单理解为相机拍摄物体的过程。相机的位置、朝向、焦距以及可视范围都会影响最终的图像效果。在OpenGL中，可以通过设置摄像机的位置（视点）、视角（视锥体）以及投影方式（正交投影或透视投影）来模拟这一过程。 在OpenGL中，视图变换通常用于定位观察者（即摄像机），它将整个场景移动到视点处，使得观察者位于原点。模型变换则是对模型进行操作，如旋转、缩放和位移，以适应场景需求。 视图与模型变换是通过矩阵运算实现的，这包括模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵。模型矩阵用于描述物体自身的变化，视图矩阵则描述了观察者相对于世界的位置和方向，投影矩阵则将三维空间压缩到二维屏幕上。 为了将三维坐标转换为屏幕坐标，通常会先应用模型矩阵，然后是视图矩阵，最后是投影矩阵。这个过程可以用以下公式表示： ``` ScreenCoord = Projection * View * Model * Vertex ``` 其中，Vertex是物体的原始坐标，ScreenCoord是屏幕坐标。 在实现这些变换时，OpenGL提供了方便的函数，如`glTranslatef`、`glRotatef`和`glScalef`用于模型变换，`gluLookAt`用于视图变换，以及`glOrtho`和`glFrustum`用于投影变换。 在使用OpenGL之前，开发者需要创建OpenGL上下文，并设置渲染窗口。之后，可以使用OpenGL API绘制基本形状，如立方体或其他复杂的几何体。对于复杂的三维图形，通常将它们分解为多个基本的几何形状，如三角形，然后分别处理每个三角形的坐标变换。 至于是否能用GDI（Graphics Device Interface）函数实现三维程序，答案是可行但不理想。GDI是Windows操作系统中的图形绘制API，主要用于二维图形。虽然可以通过建立三维成像模型并进行坐标变换来绘制三维图形，但这种方法比较繁琐且效率低。相比之下，OpenGL专门设计用于处理三维图形，提供更高效、更灵活的接口和优化的渲染机制。 总结来说，OpenGL是创建三维图形的强大工具，视图与模型变换是其核心概念之一。通过理解并熟练运用这些变换，开发者能够构建出丰富多样的三维场景。而GDI虽然也能实现基本的三维绘制，但在处理复杂图形和实时渲染时，OpenGL的优势更为明显。