从二维到三维的突破：OpenGL学习系列—坐标系统

从二维到三维的突破：OpenGL学习系列—坐标系统

在计算机图形学中，坐标系统是一个至关重要的概念。它定义了三维空间中的位置和方向，是图形绘制的基础。在OpenGL中，坐标系统同样发挥着重要作用。本文将介绍OpenGL坐标系统，包括顶点、矩阵、投影和视口等，并详细讲解正交投影和透视投影两种投影方式，帮助读者理解坐标系统在OpenGL中的重要性。

1. 坐标系统概述

坐标系统是一种数学工具，用于三维空间中的位置和方向。它由一组相互垂直的轴组成，称为x轴、y轴和z轴。x轴通常指向水平方向，y轴指向垂直方向，z轴指向深度方向。

在OpenGL中，坐标系原点位于屏幕的中心，x轴指向屏幕的右侧，y轴指向屏幕的顶部，z轴指向屏幕的前面。这种坐标系称为右手坐标系，因为如果将右手的大拇指指向x轴，食指指向y轴，中指指向z轴，则三个手指相互垂直。

2. 顶点和矩阵

顶点是构成三维模型的基本单位。每个顶点都有一个坐标，由三个数字组成，分别表示顶点在x轴、y轴和z轴上的位置。顶点可以组成线、三角形、多边形等各种形状。

矩阵是一种数学工具，用于表示坐标系的变换。它可以将一个坐标系中的点变换到另一个坐标系中。在OpenGL中，矩阵用于将模型坐标系中的顶点变换到世界坐标系中，再将世界坐标系中的顶点变换到相机坐标系中，最后将相机坐标系中的顶点变换到屏幕坐标系中。

3. 投影

投影是将三维场景投影到二维屏幕上的过程。在OpenGL中，有两种常用的投影方式：正交投影和透视投影。

正交投影是一种简单的投影方式，它将三维场景中的所有物体投影到一个二维平面上。这种投影方式不会产生透视效果，因此适合于绘制一些简单的图形，如建筑物、家具等。

透视投影是一种更复杂的投影方式，它模拟人眼的视觉效果，将三维场景中的物体投影到一个二维平面上。这种投影方式会产生透视效果，因此适合于绘制一些复杂的场景，如山川、河流、建筑物等。

4. 视口

视口是屏幕上的一块区域，用于显示三维场景。视口的大小和位置由应用程序指定。在OpenGL中，视口通过glViewport()函数设置。

5. 总结

坐标系统是OpenGL中一个非常重要的概念。它定义了三维空间中的位置和方向，是图形绘制的基础。在OpenGL中，坐标系原点位于屏幕的中心，x轴指向屏幕的右侧，y轴指向屏幕的顶部，z轴指向屏幕的前面。顶点是构成三维模型的基本单位，每个顶点都有一个坐标，由三个数字组成，分别表示顶点在x轴、y轴和z轴上的位置。矩阵是一种数学工具，用于表示坐标系的变换。它可以将一个坐标系中的点变换到另一个坐标系中。投影是将三维场景投影到二维屏幕上的过程。在OpenGL中，有两种常用的投影方式：正交投影和透视投影。视口是屏幕上的一块区域，用于显示三维场景。视口的大小和位置由应用程序指定。