gluPerspective和gluLookAt的关系

参考文章 GL学习笔记(2) - 终于搞明白gluPerspective和gluLookAt的关系了(zz)

gluPerspective的具体含义

解密--神秘的gluPerspective

函数原型

gluLookAt(GLdoble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,GLdouble centerx,GLdouble centery,GLdouble centerz,GLdouble upx,GLdouble upy,GLdouble upz);
gluPerspective(GLdouble fovy,GLdouble aspect,GLdouble zNear,GLdouble zFar)

使用方法

// 设置投影矩阵
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(45.0f, (GLfloat)w/(GLfloat)h, 0.1f, 100.0f);

gluPerspective

一个一个来,首先得设置gluPerspective,来看看它的参数都表示什么意思
fovy,这个最难理解,我的理解是,眼睛睁开的角度,即,视角的大小,如果设置为0,相当你闭上眼睛了,所以什么也看不到,如果为180,那么可以认为你的视界很广阔,
aspect,这个好理解,就是实际窗口的纵横比,即x/y，这个影响到视野的截面有多大。
zNear 表示近裁剪面到眼睛的距离，zFar表示远裁剪面到眼睛的距离，注意zNear和zFar不能设置设置为负值（你怎么看到眼睛后面的东西）。
zFar表示远处的裁面。

如果还没有理解就继续看,
我们知道,远处的东西看起来要小一些,近处的东西看起来会大一些,这就是透视原理。

假设那两条线表示公路,理论上讲,它们的两条边是平行的,但现实情况中,它们在远方(可以无限远)总要相交于一点,实际线段AB的长度=CD的长度,只是在此例中使用了透视角,故会有如上的效果,是不是很接近现实的情况?

结合我们刚才这两个函数
zNear,眼睛距离近处的距离,假设为10米远,请不要设置为负值,OpenGl就傻了,不知道怎么算了,
zFar表示远处的裁面,假设为1000米远,
就是这两个参数的意义了,

再解释下那个"眼睛睁开的角度"是什么意思,
首先假设我们现在距离物体有50个单位距离远的位置,
在眼睛睁开角度设置为45时,请看大屏幕:

我们可以看到,在远处一个球,,很好玩哈,
现在我们将眼睛再张开点看,将"眼睛睁开的角度"设置为178
(180度表示平角,那时候我们将什么也看不到,眼睛睁太大了,眼大无神)

我们只看到一个点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
因为我们看的范围太大了,这个球本身大小没有改变,但是它在我们的"视界"内太小了,
反之,我们将眼睛闭小些,改为1度看看会出现什么情况呢?

在我们距离该物体3000距离远,"眼睛睁开的角度"为1时,我们似乎走进了这个球内,这个是不是类似于相机的焦距?

当我们将"透视角"设置为0时,我们相当于闭上双眼,这个世界清静了,

我们什么也看不到,,,,,,,,,

给出一个测试用例：

    void display(void) {
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);             // 清除屏幕及深度缓存
        glLoadIdentity();                           // 重置当前的模型观察矩阵
        //glutSolidSphere(1.0, 400, 16);  //繪製一個球體
        /*当您调用glLoadIdentity()之后，您实际上将当前点移到了屏幕中心，X坐标轴从左至右，Y坐标轴从下至上，Z坐标轴从里至外。OpenGL屏幕中心的坐标值是X和Y轴上的0.0f点。中心左面的坐标值是负值，右面是正值。移向屏幕顶端是正值，移向屏幕底端是负值。移入屏幕深处是负值，移出屏幕则是正值。
         glTranslatef(x, y, z)沿着 X, Y 和 Z 轴移动。根据前面的次序，下面的代码沿着X轴左移1.5个单位，Y轴不动(0.0f)，最后移入屏幕6.0f个单位。注意在glTranslatef(x, y, z)中当您移动的时候，您并不是相对屏幕中心移动，而是相对与当前所在的屏幕位置。*/  

        glPushMatrix();
   　　　glTranslatef(-2.5f,0.0f,-6.0f）；  // 左移 1.5 单位，并移入屏幕 6.0
        glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f);             // 绕Y轴旋转三角形  

    　　 glBegin(GL_TRIANGLES);                         // 绘制三角形
        glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
        glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);                  // 上顶点
        glColor3f(0.0, 1.0, 0.0);
        glVertex3f(-0.5f,0.0f, 0.0f);                   // 左下
        glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);
        glVertex3f( 0.5f,0.0f, 0.0f);                   // 右下
        glEnd();                                // 三角形绘制结束
        glPopMatrix();  

        //绘制四棱锥
        //glLoadIdentity();
        glPushMatrix();
        glTranslatef(4.0f, -0.5f, -6.0f);
        glRotatef(rtri, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glBegin(GL_TRIANGLES);
        //繪製上頂點 左側面
        glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  

        glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f);  

        glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        //右側面
        glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  

        glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);  

        glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
        //右后側面
        glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  

        glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, -1.0f);  

        glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, -1.0f);  

        //左后側面
        glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
        glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  

        glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
        glVertex3f(0.0f, 0.0f, -1.0f);  

        glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f);  

        glEnd();
        glPopMatrix();
        //绘制茶壶
        glPushMatrix();
        glTranslatef(0.0f, 0.0f, -8.0f);
        glutWireTeapot(2.0f);
        glPopMatrix();  

        //設置當前使用的顏色為白色
        glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
        glFlush();  

        rtri += 0.3;
        rquad += 0.2;
    }  

gluLookAt

现在来看gluLookAt(GLdoble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,GLdouble
centerx,GLdouble centery,GLdouble centerz,GLdouble upx,GLdouble
upy,GLdouble upz);

它共接受三对坐标,
分别为eye,center,up
故名思义,eye表示我们眼睛在"世界坐标系"中的位置,
center表示眼睛"看"的那个点的坐标,

最后那个up坐标表示观察者本身的方向,如果将观察点比喻成我们的眼睛,那么这个up则表示我们是正立还是倒立异或某一个角度在看,所看的影像大不相同,故此时需要指明我们现在正立,那么X,Z轴为0,Y轴为正即可,通常将其设置为1,只要表示一个向上的向量(方向)即可
球是画在世界坐标系的原点上的,即O(0,0,0)坐标上,我们的眼睛位于观察点A(0,0,100),Z轴向屏幕里看去的方向为负,屏幕外我们的位置,Z轴为正值,其实很好理解,即我们距离原点的距离,设置100,将观察到如下图所示的影像

 

如果我们向前或向后移动,则相应的图像会变大或变小,这里其实就是运用了透视原理,近处的物体大,远处的物体小,实际物体的大小是不变的,

同理改变center坐标(眼睛看去的那个点,可简单理解为视线的终点)也会影响球的大小,同样可以认为是改变了物体与观察点的距离所致,

最后那个up坐标表示观察者本身的方向,如果将观察点比喻成我们的眼睛,那么这个up则表示我们是正立还是倒立异或某一个角度在看,所看的影像大不相同,
故此时需要指明我们现在正立,那么X,Z轴为0,Y轴为正即可,通常将其设置为1,只要表示一个向上的向量(方向)即可,我们指定0.1f或
0.00001f异或1000.0f,效果是一样的,只要能表示方向即可,

以上理解了之后,来做一个测试
透视图不变,最远处仍为3000,近处为0.1

gluPerspective                            // 设置透视图
        (45,               
            // 透视角设置为 45 度,在Y方向上以角度为单位的视野
        (GLfloat)x/(GLfloat)y,    // 窗口的宽与高比
        0.1f,               
                //
视野透视深度:近点1.0f
        3000.0f       
                    //
视野透视深度:始点0.1f远点1000.0f
        );

将我们的观察点置于A(0,10,0),
将观察位置(视线终点)坐标置于(0,0,0)
然后在原点开始绘图,画一个V字形,并将Z轴的值从-1000递增加到+1000,增量为10,
代码如下

    glColor3f(0.5f, 0.7f, 1.0f);

glBegin(GL_LINES);
        for(int i=-1000;i<=1000;i+=10)
        {
            glVertex3f(0,0,i);
            glVertex3f(10,10,i);

glVertex3f(0,0,i);
            glVertex3f(-10,10,i);
        }
    glEnd();

F5运行效果如下图

上图证实了我们的推测

//---------------------------------------------
    //生成网络
    glColor3f(0.5f, 0.7f, 1.0f);
    int x=(int)(40*2);
   
    glBegin(GL_LINES);
            for(int i=-x;i<=x;i+=4)
            {
                glVertex3i(-x,0,i);
                glVertex3i(x,0,i);

glVertex3i(i,0,x);
                glVertex3i(i,0,-x);
            }
    glEnd();

//生成球体
    GLUquadricObj * pObj;
    pObj = gluNewQuadric();
    gluQuadricDrawStyle(pObj,GLU_LINE);
    gluQuadricNormals(pObj,GLU_SMOOTH);
    gluSphere(pObj,16,16,16);

QT范例源代码
glwidget.h
#ifndef glwidget_H_
#define glwidget_H_
#include <QtGui/QtGui>
#include <QtOpenGL/QtOpenGL>

class GLWidget : public QGLWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    GLWidget();
protected:
    void initializeGL();
    void paintGL();
    void resizeGL(int width,int height);

void mousePressEvent(QMouseEvent *ev);
    void mouseMoveEvent(QMouseEvent *ev);
    void mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *ev);
    void wheelEvent(QWheelEvent *ev);
private:
    QPoint lastPos;
    GLfloat eyeX,eyeY,eyeZ;
};
#endif

glwidget.cpp
#include "glwidget.h"

GLWidget::GLWidget()
:QGLWidget()
{
    setGeometry(300,300,600,480);
    setWindowTitle(tr("glulookat test"));
}

void GLWidget::initializeGL()
{
    glShadeModel(GL_SMOOTH);
    glClearColor(0.5,0.5,0.5,0.5);
    glClearDepth(1.0);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glEnable(GL_LEQUAL);
    glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,GL_NICEST);
   
    eyeX = 0.0;
    eyeY = 80.0;
    eyeZ = 0.0;
}

void GLWidget::paintGL()
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glLoadIdentity();
    //gluLookAt(9.0,0.0,10.0,0.0,0.0,-10.0,0.0,1.0,0.0);
    //to look at the second lines
    gluLookAt(eyeX,eyeY,eyeZ,0.0,0.0,0.0,1.0,0.0,0.0);

//glTranslatef(0.0,0.0,-10.0);
    /*glBegin(GL_TRIANGLES);
        glColor3f(1.0,0.0,0.0);
        glVertex3f(0.0,1.0,0.0);
        glVertex3f(-1.0,0.0,0.0);
        glVertex3f(1.0,0.0,0.0);
    glEnd();*/

glColor3f(0.5f,0.7f,1.0f);
    //glBegin(GL_LINES);
    //    for(int i = -1000;i <= 1000;i+=10)
    //    {
    //        glVertex3f(0.0,0.0,i);
    //        glVertex3f(10.0,10.0,i);
    //        glVertex3f(0.0,0.0,i);
    //        glVertex3f(-10.0,10.0,i);
    //    }
    //glEnd();
    int x = (int)(40*2);
    glBegin(GL_LINES);
        for(int i = -x ;i <= x ; i+=4 )
        {
            glVertex3i(-x,0,i);
            glVertex3i(x,0,i);

glVertex3i(i,0,x);
            glVertex3i(i,0,-x);
        }
    glEnd();
    GLUquadricObj *pObj;
    pObj = gluNewQuadric();
    gluQuadricDrawStyle(pObj,GLU_LINE);
    gluQuadricNormals(pObj,GLU_SMOOTH);
    gluSphere(pObj,16,16,16);
}

void GLWidget::resizeGL(int width,int height)
{
    if(height == 0)
        height = 1;
    glViewport(0,0,width,height);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    gluPerspective(45.0,(GLfloat)width/(GLfloat)height,0.1,3000.0);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();

}

void GLWidget::mousePressEvent(QMouseEvent *ev)
{
    if(ev->buttons() & Qt::LeftButton)
    {
        lastPos = ev->pos();
    }
}

void GLWidget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *ev)
{
    if(ev->buttons() & Qt::LeftButton)
    {
        QPoint pt = ev->pos() - lastPos;
        if(eyeY >= 3000.0 && pt.y() > 0)
        {
            return ;
        }
        if(eyeY <= 1.0 && pt.y() < 0)
            return ;
        eyeY += pt.y();
        updateGL();
    }   
}

void GLWidget::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *ev)
{
    QString str = QString("X:%1-Y:%2-Z:%3").arg(eyeX).arg(eyeY).arg(eyeZ);
    QMessageBox::information(this,str,str);
}

void GLWidget::wheelEvent(QWheelEvent *ev)
{
    QString str = QString("delta: %1").arg(ev->delta());
    //QMessageBox::information(this,str,str);
}

运行结果：