OpenGL 入门：导航坐标系统

2023-11-30 18:40:52

深入了解 OpenGL 的坐标系统：构建逼真的 3D 世界

引言

OpenGL 是一种强大的图形 API，用于创建令人惊叹的 2D 和 3D 图形。在 OpenGL 的世界中，理解坐标系统至关重要，因为它为场景中的对象提供了位置和方向。本文将深入探讨 OpenGL 的坐标系统，帮助您掌握构建逼真的 3D 环境所需的知识。

标准化设备坐标 (NDC)

想象一下一个立方体，它的每一面都与一个屏幕像素坐标系对齐。OpenGL 中的每个顶点都会转换为标准化设备坐标 (NDC) 空间，这是一个[-1.0, 1.0]的立方体。NDC 坐标有助于将对象从 3D 场景映射到 2D 屏幕。

视口

视口定义了 NDC 坐标与屏幕像素坐标之间的关系。它指定了 OpenGL 场景在屏幕上显示的位置和大小。您可以调整视口以控制场景在窗口中的布局和比例。

投影矩阵

投影矩阵将 3D 场景转换为 NDC 空间。有两种主要的投影类型：

正交投影： 将场景投影到一个平行于观察方向的立方体上，用于创建 2D 场景或具有平行线透视的 3D 场景。
透视投影： 模拟人眼观察场景时产生的透视效果，用于创建具有逼真深度的 3D 场景。

模型视图矩阵

模型视图矩阵是用于将场景中的对象移动、旋转和缩放的矩阵。它使您能够创建复杂的场景并控制对象的相对位置和方向。您可以使用多个模型视图矩阵来创建分层场景。

变换

变换是改变顶点在坐标系中位置或方向的操作。OpenGL 支持以下变换：

平移： 沿 x、y 或 z 轴移动顶点。
旋转： 围绕 x、y 或 z 轴旋转顶点。
缩放： 按 x、y 或 z 轴缩放顶点。

代码示例：绘制三角形

// 设置视口
glViewport(0, 0, windowWidth, windowHeight);

// 创建正交投影矩阵
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glOrtho(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0);

// 设置模型视图矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0, 0.0, -1.0);

// 启用顶点数组
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

// 定义顶点数组
GLfloat vertices[] = {-0.5, -0.5, 0.0, 0.5, -0.5, 0.0, 0.0, 0.5, 0.0};

// 设置顶点数据
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertices);

// 绘制三角形
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);