OpenGL学习脚印: 视变换(view transformation)

Posted 2020-08-04 The fool

写在前面
OpenGL中的坐标处理过程包括模型变换、视变换、投影变换、视口变换等内容，这个主题的内容有些多，因此分节学习，主题将分为5节内容来学习。上一节模型变换，本节学习模型变换的下一阶段——视变换。到目前位置，主要在2D下编写程序，学习了视变换后，我们可以看到3D应用的效果了。本节示例程序均可在我的github下载。

通过本节可以了解到

• 视变换的概念
• 索引绘制立方体
• LookAt矩阵的推导(对数学不感兴趣，可以跳过)
• 相机位置随时间改变的应用程序

坐标处理的全局过程(了解，另文详述)

OpenGL中的坐标处理包括模型变换、视变换、投影变换、视口变换等内容，具体过程如下图1所示:

每一个过程处理都有其原因，这些内容计划将会在不同节里分别介绍，最后再整体把握一遍。
今天我们学习第二个阶段——视变换。

并不存在真正的相机

OpenGL成像采用的是虚拟相机模型。在场景中你通过模型变换，将物体放在场景中不同位置后，最终哪些部分需要成像，显示在屏幕上，主要由视变换和后面要介绍的投影变换、视口变换等决定。

其中视变换阶段，通过假想的相机来处理矩阵计算能够方便处理。对于OpenGL来说并不存在真正的相机，所谓的相机坐标空间(camera space 或者eye space)只是为了方便处理，而引入的坐标空间。

在现实生活中，我们通过移动相机来拍照，而在OpenGL中我们通过以相反方式调整物体，让物体以适当方式呈现出来。例如，初始时，相机镜头指向-z轴，要观察-z轴上的一个立方体的右侧面，那么有两种方式：

1. 相机绕着+y轴，旋转+90度，此时相机镜头朝向立方体的右侧面，实现目的。注意这时立方体并没有转动。

2. 相机不动，让立方体绕着+y轴，旋转-90度，此时也能实现同样的目的。注意这时相机没有转动。完成这一旋转的矩阵记作$R_{y}(-\\frac{\\pi}{2})$

在OpenGL中，采用方式2来完成物体成像的调整。例如下面的图表示了假想的相机：

---

进一步说明

进一步说明这里相对的概念，对这个概念不感兴趣的可以跳过。默认时相机位于(0,0,0)，指向-z轴，相当于调用了：

glm::lookAt(glm::vec(0.0f,0.0f,0.0f),
        glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f),
        glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f)),

得到是单位矩阵，这是相机的默认情况。

上述第一种方式，相机绕着+y轴旋转90度，相机指向-x轴，则等价于调用变为:

   glm::mat4 view =glm::lookAt(glm::vec(0.0f,0.0f,0.0f),
        glm::vec3(-1.0f, 0.0f, 0.0f),
        glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f)),

得到的视变换矩阵为:

view=⎡⎣⎢⎢⎢00100100−10000001⎤⎦⎥⎥⎥

以上是关于OpenGL学习脚印: 视变换(view transformation)的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

OpenGL学习脚印: 视变换(view transformation)

OpenGL学习脚印: 坐标变换过程(vertex transformation)

OpenGl从零开始之坐标变换

翻译我的OpenGL学习进阶之旅世界（World）视图（View）和投影变换矩阵（Projection Transformation Matrices）

翻译我的OpenGL学习进阶之旅世界（World）视图（View）和投影变换矩阵（Projection Transformation Matrices）

OpenGL学习脚印: 绘制一个三角形