OpenGl And 视图

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简介

本文主要介绍坐标系的观念, 以及在openGL中的视图及其相关的变换。

大纲

  • 视图、模型、投影变换概念
  • Opengl中对各种变换的支持

视图变换

在一个三维坐标系中, 一个模型的展示并不只有一个视图就可以了。而是存在视图变换,投影变换,模型变换的过程。

顶点坐标---》(模型视图矩阵)----》视觉坐标---》(投影矩阵)----》裁剪坐标----》(透视坐标)----》规范化设备坐标----》视口变换----》窗口坐标

在opengl中主要通过以下三种变换达到最终控制屏幕输出:

  1. 视图变换: 视图是指摄像机能看到到区域,所以视图变换就是移动摄像机使其说能展示的区域发生变换
  2. 模型变换:是场景中的模型动起来,主要是针对模型的
  3. 投影变换: 决定了模型最终能在屏幕中的现实, 比如通过投影变换, 可以只让模型只显示一半。

为了进行视图,模型,投影变换, 可以创建一个4*4的矩阵M然后让他与顶点对应的坐标v相乘,以实现变换:

$$v' = Mv$$

OpenGl 中对视图、模型、投影变换的支持

gult库

gl库只是一个图形库, 在我们写的窗口程序的过程中,我必须写窗口程序已经消息处理,我们可以自己写 ,当然也可以用gult库。glut库中的api都已glut开头,最典型的现实一个窗口如下:

   glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize (500, 500);
glutInitWindowPosition (100, 100);
glutCreateWindow (argv[0]);
glutDisplayFunc(display);
glutReshapeFunc(reshape);
glutKeyboardFunc(keyboard);
glutMainLoop();

代码很简单,而我们要关注的是三个函数:

  1. diplay 模型的展示, 内部主要做模型变换
  2. reshage 视口的控制, 主要做视图和投影变换
  3. keyboard 对键盘输入的支持

引出

我们可以用如下代码创建一个球体

    void PlanteDisplay::excute()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);
drawSun();
} void PlanteDisplay::drawSun()
{
glutWireSphere(1.0, 20, 16); /* draw sun */
glutSwapBuffers();
}

我们可以加上一些初始化的动作

    void init()
{
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glShadeModel(GL_FLAT);
}

我们会发现有如下所示的球体:

我们创见好了物体, 但是还没有设置好摄像机,opengl默认情况下回把摄像机正对着屏幕,而摄像机的镜头设置就在reshage中实现,在该函数中, 我们主要控制视图变换和投影变换。

视口变换

视口变换决定了场景所映射的有效屏幕区域的形状。利用函数glViewport来实现。

最简单的变换如下:

      void cubeReshape(int w, int h)
{
glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);
}

我们改变屏幕的裁剪区域(投影变换):

    glViewport(50, 0, (GLsizei)w/2, (GLsizei)h/2)

会发现如下图显示:

模型变换

调用变换函数之前,需要确定自己想修改的模型视图矩阵还是投影视图矩阵,可以用glMatrixMode() 选择矩阵,并用glLoadIdentity() 把当前可修改矩阵清除为单位矩阵。

glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();

在OpenGl中,有三个函数用于执行模型变换:

  1. glTranslate*()
  2. glRotate*()
  3. glScale*()

如:

glTranslatef(0.2, .2, 0);
glScalef(1.5, 2.0, 1); glutWireSphere(0.4, 50, 8);

视图变换

视图 变换拥有膝盖观察点的位置和方向。可以由两种方法来实现:

  1. 反方向移动物体
  2. 使用gluLookAt()函数

正常如图所示:

gluLookAt(0.0, 0.0, 0.0
, 0.0, 0.0, -1.0
, -1.0, -1.0, 0.0);

gluLookAt(0.0, 0.0, 0.0
, 0.0, 0.0, -1.0
, 0.0, -1.0, 0.0);

投影变换

投影变换最终控制线上屏幕的裁剪区域, opengl中可以用:

  1. glOrtho
  2. glFrustum

来进行投影变换。

glOrtho 和 glFrustum 的区别

  1. glOrtho:创建一个正交平行的视景体。 一般用于物体不会因为离屏幕的远近而产生大小的变换的情况。比如,常用的工程中的制图等。需要比较精确的显示
  2. glFrustum 产生一个透视投影。这是一种模拟真是生活中,人们视野观测物体的真实情况。例如:观察两条平行的火车到,在过了很远之后,这两条铁轨是会相交于一处的。还有,离眼睛近的物体看起来大一些,远的物体看起来小一些。
glFrustum(GLdouble left
, GLdouble right
, GLdouble bottom
, GLdouble top
, GLdouble near
, GLdouble far)



其中: (left, botton, -near)表示近侧裁剪平面左上角的坐标,(right, top, -near)表示右下角坐标,near和far分别表示观察点到近侧和远侧的距离。

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