用Matrix.orthoM()实现正交投影：揭秘3D世界到2D屏幕的投影奥秘

2022-12-13 08:39:14

揭秘正交投影和 Matrix.orthoM()：让 3D 世界在屏幕上栩栩如生

在计算机图形学领域，投影技术扮演着至关重要的角色。正交投影是一种常用的投影方法，它能将三维世界中的物体平移到二维平面（通常是屏幕）上。它广泛应用于游戏、计算机图形学和数据可视化等领域。今天，我们将深入探索正交投影和 Matrix.orthoM() 函数，揭示它们如何帮助开发者在屏幕上呈现逼真的 3D 世界。

正交投影：平行世界

想象一下你站在一张白纸前，用一盏台灯照射纸上的物体。光线以平行线投射到纸面上，形成物体的影子。这就是正交投影的原理。它将三维物体投射到一个二维平面上，无论物体与平面之间的距离如何，物体的形状和大小都保持不变。

这种投影方式非常适合二维游戏和特定类型的计算机图形学应用，因为它能呈现一致的物体外观，而不会出现透视失真。

Matrix.orthoM()：投影矩阵的魔法

在 OpenGL ES 中，Matrix.orthoM() 函数是创建正交投影矩阵的利器。它接受六个参数：

left：投影平面左边界坐标
right：投影平面右边界坐标
bottom：投影平面底边界坐标
top：投影平面顶边界坐标
near：投影平面的近裁剪平面距离
far：投影平面的远裁剪平面距离

Matrix.orthoM() 函数将这些参数组合起来，生成一个 4x4 的正交投影矩阵。此矩阵可以应用于顶点着色器，将三维顶点投影到屏幕上的相应位置。

实战演练：使用 Matrix.orthoM() 实现正交投影

为了更好地理解 Matrix.orthoM() 函数的应用，让我们编写一段代码示例：

// 创建一个正交投影矩阵
float[] projectionMatrix = new float[16];
Matrix.orthoM(projectionMatrix, 0, -1, 1, -1, 1, -1, 1);

// 将正交投影矩阵应用于顶点着色器
GLES20.glUniformMatrix4fv(projectionMatrixHandle, 1, false, projectionMatrix, 0);

// 绘制场景
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, 3);

在代码中，projectionMatrixHandle 是顶点着色器中定义的投影矩阵的 uniform 变量。Matrix.orthoM() 函数用于创建正交投影矩阵，然后将该矩阵应用于顶点着色器，以便将顶点投影到屏幕上的正确位置。

正交投影的应用领域

正交投影在计算机图形学中扮演着重要的角色，以下是它的一些常见应用场景：

二维游戏： 正交投影是二维游戏中最常用的投影方式，它能保持物体的一致大小和形状，无论它们离屏幕的距离如何。
计算机图形学： 正交投影也用于计算机图形学中，例如创建 CAD 模型和 3D 渲染。
数据可视化： 正交投影还可以用于数据可视化，例如创建条形图和饼图。

常见问题解答

为了进一步加深您的理解，我们整理了一些常见的关于正交投影和 Matrix.orthoM() 函数的问题：

正交投影和透视投影有什么区别？
- 正交投影将物体投射到一个平行于观察平面的平面上，而透视投影将物体投射到一个与观察平面相交的平面上，从而产生深度感。
Matrix.orthoM() 函数中的 near 和 far 参数分别代表什么？
- near 参数指定近裁剪平面距离，小于此距离的物体将被裁剪掉；far 参数指定远裁剪平面距离，大于此距离的物体也将被裁剪掉。
如何使用正交投影实现 2D 游戏？
- 在 2D 游戏中，可以使用正交投影来创建具有固定大小和形状的物体，无论它们在场景中的位置如何。
正交投影在计算机图形学中的应用有哪些？
- 在计算机图形学中，正交投影用于创建 CAD 模型、3D 渲染以及设计和可视化。
Matrix.orthoM() 函数可以用于哪些平台？
- Matrix.orthoM() 函数广泛用于 OpenGL ES 和其他图形 API 中，可在各种平台上使用，包括移动设备、桌面计算机和游戏机。