iOS视觉(六) -- OpenGL矩阵初入

2024-01-12 07:30:39

OpenGL作为构建3D图形最受欢迎的应用程序接口，因其简洁易用且跨平台的特点，使其成为游戏开发者们实现虚拟现实(VR)和增强现实(AR)的首选工具。要想精通OpenGL，掌握基础图形属性知识必不可少。

尽管如此，基于OpenGL开发游戏或其它应用程序时，我们无需过多关注复杂3D图形属性，但至少应对其有一个初步了解。就如学习任何一门语言前，都需要了解其底层原理一样。通过对底层原理的深入理解，才能更加灵活地运用OpenGL进行开发，实现想要的效果。

GLTools库是一个基于OpenGL的跨平台3D图形库，其中包含了一项叫Math3d的组件，该组件提供了大量好用的OpenGL一致的3D数控、矩阵和投影运算。现在，让我们一起利用OpenGL和GLTools库来探索3D图形的世界吧！

OpenGL矩阵入门

OpenGL矩阵在3D图形中扮演着至关重要的角色，它可以帮助我们对3D对象进行变换，例如平移、旋转和缩放。一个OpenGL矩阵是一个4x4的矩阵，它由16个元素组成，如下所示：

[m00 m01 m02 m03]
[m10 m11 m12 m13]
[m20 m21 m22 m23]
[m30 m31 m32 m33]

其中，m00到m33分别代表了矩阵的16个元素。

OpenGL矩阵的应用

OpenGL矩阵在3D图形中有着广泛的应用，包括：

平移： 平移矩阵可以将一个对象从一个位置移动到另一个位置。
旋转： 旋转矩阵可以将一个对象绕着一个轴旋转一定角度。
缩放： 缩放矩阵可以将一个对象放大或缩小。
透视投影： 透视投影矩阵可以将一个3D场景投影到2D屏幕上。

OpenGL矩阵的编程

在OpenGL中，我们可以通过OpenGL提供的函数来创建和使用矩阵。例如，我们可以使用glLoadIdentity()函数来创建一个单位矩阵，使用glTranslatef()函数来创建一个平移矩阵，使用glRotatef()函数来创建一个旋转矩阵，以及使用glScalef()函数来创建一个缩放矩阵。

GLTools库的Math3d组件

GLTools库中的Math3d组件提供了一系列易于使用的OpenGL矩阵操作函数，这些函数可以帮助我们快速、轻松地对3D对象进行变换。例如，我们可以使用M3DMatrix44fLoadIdentity()函数来创建一个单位矩阵，使用M3DMatrix44fTranslate()函数来创建一个平移矩阵，使用M3DMatrix44fRotate()函数来创建一个旋转矩阵，以及使用M3DMatrix44fScale()函数来创建一个缩放矩阵。

示例代码

以下示例代码展示了如何使用OpenGL矩阵来对一个3D对象进行平移、旋转和缩放：

#include <GL/glut.h>

// 创建一个窗口
glutCreateWindow("OpenGL矩阵");

// 设置视口
glViewport(0, 0, 800, 600);

// 设置投影矩阵
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(45.0f, 800.0f / 600.0f, 0.1f, 100.0f);

// 设置模型视图矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0.0f, 0.0f, 10.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

// 创建一个立方体
glBegin(GL_QUADS);
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
    glVertex3f(-1.0f,  1.0f, -1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f, -1.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);

    glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f);
    glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f);

    glVertex3f(-1.0f,  1.0f, -1.0f);
    glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f, -1.0f);

    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);

    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
    glVertex3f(-1.0f,  1.0f, -1.0f);
    glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f);
    glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f);

    glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f, -1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f);
glEnd();

// 刷新窗口
glutSwapBuffers();