揭秘 OpenGL 坐标系的神秘面纱：从标准设备坐标到屏幕坐标的探索之旅

闲谈

2022-11-02 06:41:32

OpenGL 坐标系：图形处理世界的基石

如果你涉足图形编程领域，尤其是 OpenGL，那么你肯定听说过坐标系的重要性。它可不是什么枯燥乏味的概念，而是图形处理世界的基石。要真正驾驭 OpenGL，深入理解坐标系至关重要，因为它奠定了顶点着色器、光栅化等基本流程的基础。

坐标系入门：标准设备坐标

在 OpenGL 的世界中，坐标系被称为标准设备坐标（NDC） 。它是一个虚拟坐标系，取值范围为 [-1.0, 1.0]。这个范围源于裁剪体概念，这是一个包含所有要渲染图形元素的三维空间。

从 NDC 到屏幕：视口变换

为了在屏幕上显示图形元素，OpenGL 需要将 NDC 坐标转换为屏幕坐标 。这个过程称为视口变换 。视口变换将裁剪体映射到屏幕上的视口区域，也就是显示图形元素的矩形区域。

视口变换公式：

x_screen = (x_NDC + 1.0) * viewport_width / 2.0
y_screen = (y_NDC + 1.0) * viewport_height / 2.0

其中：

x_screen 和 y_screen 是屏幕坐标
x_NDC 和 y_NDC 是 NDC 坐标
viewport_width 和 viewport_height 是视口的尺寸

深度坐标：赋予图形深度感

除了 x 和 y 坐标，OpenGL 坐标系还包括一个深度坐标（z） ，用于表示图形元素与观察者的距离。z 坐标的取值范围也是 [-1.0, 1.0]，其中 -1.0 表示离观察者最近，1.0 表示离观察者最远。

坐标系转换：图形处理的关键

坐标系转换是图形处理的基础，它将顶点坐标从模型空间转换到裁剪空间，再从裁剪空间转换到屏幕空间，最终实现图形元素的显示。

示例代码：

// NDC 坐标
glm::vec3 ndc_position = glm::vec3(0.5f, 0.5f, 0.0f);

// 视口宽度和高度
int viewport_width = 800;
int viewport_height = 600;

// 屏幕坐标
glm::vec2 screen_position;
screen_position.x = (ndc_position.x + 1.0f) * viewport_width / 2.0f;
screen_position.y = (ndc_position.y + 1.0f) * viewport_height / 2.0f;