深入剖析坐标系：从Android OpenGL ES到屏幕渲染背后的技术奥秘

在Android OpenGL ES的世界中，坐标系统扮演着至关重要的角色，它定义了物体在三维空间中的位置和方向。在这个系列的第八篇文章中，我们将深入剖析坐标系，揭示从物体坐标到屏幕坐标的转换过程，并探索其中涉及的各种矩阵。

坐标系概述

在OpenGL ES中，我们使用笛卡尔坐标系来物体的位置和方向。笛卡尔坐标系由三个相互垂直的轴组成：x轴、y轴和z轴。x轴指向屏幕的右方，y轴指向屏幕的顶部，z轴指向屏幕之外。

每个顶点的x、y、z坐标都应该在-1.0到1.0之间，超出这个坐标范围的顶点都将不可见。

坐标转换过程

将一个物体（图像）渲染到屏幕上，通常经过将物体坐标转换为标准化设备坐标，然后再将标准化设备坐标转化为屏幕坐标的过程。该过程通常涉及多个坐标系统的变换，包括：

• 模型矩阵： 模型矩阵将物体坐标转换为世界坐标。
• 视图矩阵： 视图矩阵将世界坐标转换为相机坐标。
• 投影矩阵： 投影矩阵将相机坐标转换为标准化设备坐标。
• 视口矩阵： 视口矩阵将标准化设备坐标转换为屏幕坐标。

顶点着色器和片段着色器

顶点着色器和片段着色器是OpenGL ES图形流水线中的两个重要步骤。顶点着色器对每个顶点进行处理，而片段着色器对每个片段进行处理。

在顶点着色器中，我们可以使用模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵对顶点坐标进行转换。在片段着色器中，我们可以使用纹理坐标和颜色值来对片段进行处理。

矩阵的理解

矩阵是OpenGL ES中非常重要的概念。矩阵是一种数学工具，它可以用来表示旋转、平移、缩放等变换。在OpenGL ES中，矩阵被广泛用于坐标转换和图形变换。

矩阵的组成

矩阵由元素组成，元素可以是数字、变量或表达式。矩阵的元素通常排列成行和列。矩阵的行数和列数决定了矩阵的大小。例如，一个3x4的矩阵有3行4列，总共有12个元素。

矩阵的运算

矩阵可以进行加、减、乘等运算。矩阵的运算遵循一定的规则，这些规则与矩阵的元素和大小相关。

矩阵在OpenGL ES中的应用

矩阵在OpenGL ES中有很多应用，包括：

• 坐标转换： 矩阵可以用来将物体坐标转换为世界坐标、相机坐标、标准化设备坐标和屏幕坐标。
• 图形变换： 矩阵可以用来对物体进行旋转、平移、缩放等变换。
• 投影： 矩阵可以用来将三维物体投影到二维屏幕上。

结语

坐标系是Android OpenGL ES中的一个重要概念，它定义了物体在三维空间中的位置和方向。在本文中，我们深入探讨了坐标系，揭示了从物体坐标到屏幕坐标的转换过程，并探索了其中涉及的各种矩阵。