Overview

几何数据——顶点位置,和标准向量(normal vectors),在OpenGL 管道raterization 处理过程之前可通过顶点操作(Vertex Operation)和基本组合操作改变这些数据。

Object Coordinates

对象的本地坐标系——任何变换之前的最初位置.为了变换(transformation)这些对象,可以调用glRotate(),glTranslatef(),glScalef()这些方法。

Eye Coordinates

使用GL_MODELVIEW矩阵和Object 坐标相乘所得。在OpenGL中用GL_MODELVIEW将对象对象空间(Object Space)变换到视觉空间(eye space)。GL_MODELVIEW

矩阵是模型矩阵(Model Matrix)和视觉矩阵(View Matrix)的组合 ()。其中,Model 变换指的是将Object  Space转换到World Space

(译注:World Space值得是OpenGL中的三维空间),而View 变换是将World space变换到eye space。

注意:在OpenGL中没有单独的camera(view) matrix。因此,为了模拟camera或者view的变换,其中的场景(3D物体和光照)必须通过和view相反的方向变换。也就是说,OpenGL总是将camera定义在(0,0,0)点,并且强制在eye space坐标系的-Z轴方向,而且不能变换。关于GL_MODELVIEW Matrix的详细资料可以查看此处:http://www.songho.ca/opengl/gl_transform.html#modelview

标准向量(Normal vectors)——从对象坐标系(Object coordinates)变换到视觉坐标系(eye coordinates),它是用来计算光照(lighting calculation)的.注意标准向量(Normal vectors)的变换和顶点的不同。其中视觉矩阵(view matrix)是GL_MODELVIEW逆矩阵的转置矩阵和标准向量(Normal vector是)相乘所得,即:

更多关于标准向量变换(Normal Vector Transformation)的资料可连接到此处:http://www.songho.ca/opengl/gl_normaltransform.html

剪切面坐标系(Clip Coordinates)

视觉坐标系和GL_PROJECTION矩阵相乘,得到剪切面坐标系。GL_PROJECTION矩阵定义了可视的空间(截头锥体)(译注:关于什么是截头锥体,我还查了下资料,发现它是这个样子的:

,这个就是投影的效果啦)以及顶点数据如何投影到屏幕上(视角或者正交化(orthogonal)),它被称为剪切面坐标系的原因是(x,y,z)变换之后

要和±w比较。更多关于GL_PROJECTION矩阵的资料可见:http://www.songho.ca/opengl/gl_transform.html#projection

标准化设备坐标系(NDC)

将剪切面坐标系除以w所得(关于w的讨论可见此处:,http://www.songho.ca/math/homogeneous/homogeneous.html),它被称为视角除法(perspective division)

.它更像是窗口坐标系,只是还没有转换或者缩小到屏幕像素。其中它取值范围在3个轴向从-1到1标准化了。

窗口坐标系(Window Coordinates)/屏幕坐标系(Screen Coordinates)

将标准化设备坐标系(NDC)应用于视口转换。NDC将缩小和平移以便适应屏幕的透视。窗口坐标系最终传递给OpenGL的管道处理变成了fragment。glViewPort()函数

用来定义最终图片映射的投影区域。同样,glDepthRange()用来决定窗口坐标系的z坐标。窗口坐标系由下面两个方法给出的参数计算出来

glViewPort(x,y,w,h);

glDepthRange(n,f);

视口转换公式很简单,通过NDC和窗口坐标系的线性关系得到:

OpenGL 转换矩阵

OpenGL使用4x4矩阵变换。注意,这16个元素存储在1D数组中,这些元素按列顺序排列。假如你想以行为顺序排列,你需要转置该矩阵。

OpenGL有4中不用的矩阵:GL_MODELVIEW,GL_PROJECTION,GL_TEXTURE和GL_COLOR.你可以在

代码中使用glMatrixMode()函数改变当前的类型。例如,为了选择GL_MODELVIEW矩阵,可以这样:

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Model-View 矩阵(GL_MODELVIEW)

GL_MODELVIEW矩阵在一个矩阵中包含view矩阵和model 矩阵,为了变换view(camera),你需要将整个

场景施以逆变换。gluLookAt()用来设置viewing变换。

最右边的三个矩阵元素 (m12, m13, m14) 是用作位移变换的。m15元素是齐次坐标。(何为齐次坐标,参见:http://www.songho.ca/math/homogeneous/homogeneous.html),该元素是用来投影变换的。

3个元素集(m0, m1, m2),(m4, m5, m6)和(m8, m9, m10) 是用作欧拉变换和仿射变换,例如glRotate(),缩放glScalef().

注意这三个元素集实际上指得是3个正交坐标系:

(m0, m1, m2): +X 轴,向左的向量(left vector)(估计是相对屏幕自己来说),默认为(1,0,0)

(m4, m5, m6) :   +Y轴,向上的向量(up vector),默认为(0,1,0)

(m8, m9, m10):  +Z轴,向前的向量,默认为(0,0,1).

 
4 columns of GL_MODELVIEW matrix

我们能够不使用OpenGL变换函数,直接构造GL_MODELVIEW矩阵。下面有一些有用的代码构建

GL_MODELVIEW矩阵

1. Angles to Axes

2. Lookat to Axes

3. Matrix4 class

注意,OpenGL在多种变换同时施加到顶点上时以相反的顺序矩阵相乘。例如,假如一个顶点先以MA

进行变换,然后再以MB 进行变换。OpenGL首先在乘以顶点之前运用MB x MA 。故最后的变换出现在矩阵相乘之前,最先的变换在最后出现。

投影矩阵Projection Matrix(GL_PROJECTION)

GL_PROJECTION矩阵用来定义截锥体。该截锥体决定了那些对象或者对象的哪些部分将会被裁剪掉。同样,它也决定着3D场景怎样投影到屏幕中

(关于怎样构建投影矩阵,请查看

http://www.songho.ca/opengl/gl_projectionmatrix.html

OpenGL提供2个函数用来GL_PROJECTION变换。glFrustum()产生投影视角。glOrtho()产生正交(或者平行)投影。

两个函数都需要6个参数决定6个剪切面:left, right, bottom, top, near, 和far 平面。截锥体的8个顶点如下所示:

 
OpenGL Perspective Viewing Frustum

远端平面(后面)的顶点能够简单地通过相似三角形的比率计算出来。例如,远端平面的左侧可以如下计算:

对于正交投影,ratio为1,所以远端平面的left,right,bottom和top值都与近端平面的值相同。

同样,你也可以使用gluPerspective()和gluOrtho2D()函数,但是传递更少的参数。gluPerspective()只需要4个参数:视图的垂直区域(vertical field of view(FOV)),

width/height的ratio,还有近端平面和远端平面的距离。下面代码使用gluPerspective()和glFrustum()实现同样的功能:

OpenGL正交的截锥体

 
OpenGL Orthographic Frustum

然而,假如你想要一个非对称的视觉空间,你可以直接使用glFrustum()。例如,

假如你想要呈现一个大的场景到2个相邻的屏幕,你可以截断截锥体变成2个不对称的截锥体(左和右)。然后,

呈现每个截锥体场景。

(这句话太不好翻译了,原位如下:

For example, if you want to render a wide scene into 2 adjoining screens, you can break down the frustum into 2 asymmetric frustums (left and right). Then, render the scene with each frustum.

 
An example of an asymmetric frustum

纹理矩阵(GL_TEXTURE)

纹理坐标(s,t,r,q)在任何纹理映射之前乘以GL_TEXTURE矩阵所得,默认是恒等的。所以纹理映射到物体的位置将正好是你赋值给纹理坐标的位置。

通过改变GL_TEXTURE,你可以滑动,旋转,拉伸或者伸缩纹理。

颜色矩阵(GL_COLOR)

颜色部分是通过乘以GL_COLOR矩阵所得。该矩阵用于颜色空间和颜色组件的变换。(原位如下:It can be used for color space conversion and color component swaping)

颜色矩阵并不是通用的,需要GL_ARB_imaging扩展(什么是GL_ARB_imaging扩展?求解)

其他矩阵例子

glPushMatrix()——将当前的矩阵压入矩阵栈

glPopMatrix()——从当前的矩阵栈中弹出当前的矩阵

glLoadIdentity()——设置当前矩阵为等同矩阵

glLoadMatrix{fd}(m)——将当前矩阵替换成矩阵m

glLoadTransposeMatrix{fd}(m)——将当前矩阵换成其转置矩阵

glMultMatrix{fd}(m)——将当前矩阵乘以矩阵m,并且更新当前矩阵

glMultTransposeMatrix{fd}(m)——将当前矩阵乘以其转置矩阵,并且更新当前矩阵

glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, m) ——将GL_MODELVIEW矩阵的16个值加载到m中

例子1:ModelView Matrix

这个demo应用显示怎样使用glTranslatef()和glRotatef()操作GL_MODELVIEW

下载链接:

matrixModelView.zip:

http://www.songho.ca/opengl/files/matrixModelView.zip

(OS X 10.6+) matrixModelView_mac.zip:   http://www.songho.ca/opengl/files/matrixModelView_mac.zip

注意所有的OpenGL函数在Mac和Windows下都在ModelGL.h和ModelGL.cpp中实现,在这些包中的这些文件是完全一样的。

该demo应用使用一个定制的4X4类(链接为:http://www.songho.ca/opengl/gl_matrix.html)作为默认的OpenGL矩阵例子,为了指定model和camera变换.

在ModelGL.cpp中有3中矩阵对象:matrixModel,matrixView和matrixModelView.每一种矩阵保存着预先计算好的变换。然后将这些矩阵元素传递给OpenGL的函数——glLoadMatrix().实际的画图程序应该向下面这个样子:

使用OpenGL默认的矩阵函数,相同的代码如下:

投影矩阵例子:

该 demo应用显示了如何使用glFrustum()和glOrtho()函数操作投影变换。

源码和二进制文件下载的链接:

matrixProjection.zip:   
http://www.songho.ca/opengl/files/matrixProjection.zip

matrixProjection_mac.zip(OS X 10.6+):

http://www.songho.ca/opengl/files/matrixProjection_mac.zip

同样,ModelGL.h和ModelGL.cpp在两者的包中有同样的文件,且所有的OpenGL函数都置于这些文件中。

ModelGL类有一个定制的matrix对象:matrixProjection,两个成员函数:setFrustum()和setOrthoFrustum().

其功能与glFrustum()和glOrtho()函数相同

GL_PROJECTION矩阵构建的16个参数在这可以看到:

http://www.songho.ca/opengl/gl_projectionmatrix.html

OpenGL 矩阵变换的更多相关文章

  1. 从矩阵的定义开始谈OpenGL矩阵变换

    前言 最近自己想用C语言写一个Minecraft clone(GitHub链接:http://github.com/CharlesDong/m3c/),因为是现代OpenGL,又是C语言,GLM用不了 ...

  2. OpenGL矩阵变换,坐标空间变换

  3. WebGL简易教程(五):图形变换(模型、视图、投影变换)

    [toc] 1. 概述 通过之前的教程,对WebGL中可编程渲染管线的流程有了一定的认识.但是只有前面的知识还不足以绘制真正的三维场景,可以发现之前我们绘制的点.三角形的坐标都是[-1,1]之间,Z值 ...

  4. Android OpenGL ES(十三)通用的矩阵变换指令 .

    Android OpenGL ES 对于不同坐标系下坐标变换,大都使用矩阵运算的方法来定义和实现的.这里介绍对应指定的坐标系(比如viewmodel, projection或是viewport) An ...

  5. OPenGL中三维图形的矩阵变换

    对于二维的图形开发,拿简单的图片显示来说,我们主要的目的:就是在一块显示buffer中,不停的把每个像素进行着色,然后就可以绘制出来了.为了速度,很多其他的加速方法,但原理基本上就是这样了. 很直观, ...

  6. 1.openGL 初探

    GLEW, GLFW和GLM介绍 现在你有了工程,就让我们开始介绍下工程所用到的开源库和为啥需要这些. The OpenGL Extension Wrangler (GLEW)是用来访问OpenGL ...

  7. OpenGL glMultMatrixf() glPushMatrix() glPushMatrix()浅析

    我在之前的博客中曾提到过,OpenGL中坐标是采用行向量表示的,与之相对应的是,在矩阵变换中使用的是变换矩阵的转置,并且使用的是后乘的方式.本文直接使用下面的代码来及其后的图示来解释函数 p,li { ...

  8. CSharpGL(0)一个易学易用的C#版OpenGL

    +BIT祝威+悄悄在此留下版了个权的信说: CSharpGL(0)一个易学易用的C#版OpenGL CSharpGL是我受到SharpGL的启发,在整理了SharpGL,GLM,SharpFont等开 ...

  9. OpenGL新手框架

    开始学习用OpenGL,也就想显示一些点,以为挺简单的,哎,看了两天才会画三维的点,做个总结. 使用OpenGL的基本流程 int main(int argv, char *argc[]) { //初 ...

随机推荐

  1. java同一个类不同方法间的同步

    对象的方法中一旦加入synchronized修饰,则任何时刻只能有一个线程访问synchronized修饰的方法.假设有个数据对象拥有写方法与读方法,多线程环境中要想保证数据的安全,需对该对象的读写方 ...

  2. cWeb开发框架,基于asp.net的cWeb应用开发平台介绍(一)

    cWeb开发框架是基于asp.net的B/S应用开发平台,采用三层架构理论,应用简单.代码简洁.运行快速. cWeb是bubufx提供,是分享资源,无任何版权限制,bubufx继续传承互联网精神,可随 ...

  3. Angular中的Ajax

    //我们使用Ajax访问本地或者同域名下的数据或者文件module.controller('InTheatersController',['$scope','$http', function($sco ...

  4. python---IPy

    Python第三方模块IPy,可完成高效的IP规划工作 #安装 #pip3 install IPy #最新版本V0.83 IP地址 网段的基本处理 >>>from IPy impor ...

  5. sqlserver无ldf日志文件附加的方法(数据库没有完全关闭,无法重新生成日志)

    数据库的ldf日志文件被删了,直接附加时报错:数据库没有完全关闭,无法重新生成日志 那怎么恢复数据呢?方法如下: 在数据库中新建一个同名的数据库(文件路径要与原来的相同,ldf的文件名也要相同),然后 ...

  6. MVC图片上传

    HTML代码: <form method="post" enctype="multipart/form-data"> 上传图片:<input ...

  7. maven 手动安装本地jar包(转载)

    From:http://www.cnblogs.com/leiOOlei/p/3356834.html 安装命令: -Dpackaging=jar

  8. 【转】EXCEL不显示科学计数法

    源地址:http://jingyan.baidu.com/article/e4d08ffdcc304e0fd3f60d69.html 2法无效,不知道为何

  9. linux默认编辑器 sublime

    开发人员把Vi improved简称Vim Vim编辑器再内存缓冲区中处理数据. 如果再启动Vim时未指定文件名,或者这个文件不存在,Vim会新开一段缓冲区域来编辑. 如果你再命令行下指定了一个已有文 ...

  10. 查询sql2005&2008全部表信息

    如果是查询sql server ,把sys.extended_properties修改为SysProperties SELECT 表名 THEN D.NAME ELSE '' END, 表说明 THE ...