初识OpenGL (-)坐标系统(Coordinate System)

Posted 2022-12-14 thefist11

1. 5个不同的坐标系统

• 局部空间(Local Space，或者称为物体空间(Object Space))
• 世界空间(World Space)
• 观察空间(View Space，或者称为视觉空间(Eye Space))
• 裁剪空间(Clip Space)
• 屏幕空间(Screen Space)

1.1 5种坐标

• 局部坐标(Local Coordinate)

顶点坐标起始于局部空间(Local Space)，局部坐标对象相对于局部原点的坐标，也是物体起始的坐标。

• 世界坐标(World Coordinate)

处于一个更大的空间范围。这些坐标相对于世界的全局原点，它们会和其它物体一起相对于世界的原点进行摆放。

• 观察坐标(View Coordinate)

又称摄像机(Camera)、摄像机空间(Camera Space)、视觉空间(Eye Space)

观察矩阵(View Matrix)，用来将世界坐标变换到观察空间，一系列的位移和旋转的组合来完成，平移/旋转场景从而使得特定的对象被变换到摄像机的前方

• 裁剪坐标(Clip Coordinate)
• 屏幕坐标(Screen Coordinate)

2. 步骤

step1. local->world

模型矩阵(Model)

step2. 世界坐标变换为观察空间坐标，使得每个坐标都是从摄像机或者说观察者的角度进行观察的。

观察矩阵(View)

step3. 投影到裁剪坐标。裁剪坐标会被处理至-1.0到1.0的范围内，并判断哪些顶点将会出现在屏幕上。

• 投影矩阵(Projection)
  将顶点坐标从观察变换到裁剪空间，它指定了一个范围的坐标，比如在每个维度上的-1000到1000。

• 观察箱(Viewing Box)

由投影矩阵创建，又称为平截头体(Frustum)，每个出现在平截头体范围内的坐标都会最终出现在用户的屏幕上。将特定范围内的坐标转化到标准化设备坐标系的过程（而且它很容易被映射到2D观察空间坐标）被称之为投影(Projection)，因为使用投影矩阵能将3D坐标投影(Project)到很容易映射到2D的标准化设备坐标系中。

• 两种形式
  正射投影矩阵(Orthographic Projection Matrix)、透视投影矩阵(Perspective Projection Matrix)。

step4. 裁剪坐标变换为屏幕坐标

使用一个叫做视口变换(Viewport Transform)的过程。视口变换将位于-1.0到1.0范围的坐标变换到由glViewport函数所定义的坐标范围内。

• 透视除法(Perspective Division)
  将位置向量的x，y，z分量分别除以向量的齐次w分量；透视除法是将4D裁剪空间坐标变换为3D标准化设备坐标的过程。

（这一步会在每一个顶点着色器运行的最后被自动执行)

step5. 最坐标将会送到光栅器，将其转化为片段

被映射到屏幕空间中------使用glViewport中的设定，并被变换成片段