一、坐標(biāo)系

• 2D 笛卡爾坐標(biāo)系（由 x、y 決定）
  
• 3D 笛卡爾坐標(biāo)系（由 x、y、z 決定）

二、視口

• glViewport(GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height)，對(duì)應(yīng)屏幕區(qū)域的范圍；
• 如下所示，對(duì)應(yīng)全屏幕：

• 如下所示，對(duì)應(yīng)屏幕一部分：

三、投影

• 概念
• • 光源的出發(fā)點(diǎn)為投影中心；
• • 投影中心與物體上各點(diǎn)的連線(xiàn)稱(chēng)為投影線(xiàn)；
• • 接受投影的面，稱(chēng)為投影面；
• • 過(guò)物體上各點(diǎn)的投影線(xiàn)與投影面的交點(diǎn)稱(chēng)為這些點(diǎn)的投影。
• 投影分為中心投影和平行投影兩大類(lèi)：
• • 所有投影線(xiàn)都交于投影中心點(diǎn)的投影稱(chēng)為中心投影，透視圖就是用這種投影方法繪制成的。
• • 所有的投影線(xiàn)都互相平行的投影稱(chēng)為平行投影，平行投影又分為斜投影和正投影兩種，當(dāng)投影線(xiàn)傾斜于投影面時(shí)，稱(chēng)斜投影。
• 正投影是指平行投射線(xiàn)垂直于投影面。透視投影屬于中心投影，透視投影圖簡(jiǎn)稱(chēng)為透視圖或透視，它是從某個(gè)投射中心將物體投射到單一投影面上所得到的圖形。透視圖與人們觀看物體時(shí)所產(chǎn)生的視覺(jué)效果非常接近，透視圖以渲染、配景，使之成為形象逼真的效果圖。
• 如下所示：透視投影（左）和正投影（右）

四、OpenGL 的坐標(biāo)系

① 左手坐標(biāo)系與右手坐標(biāo)系

• 在世界、物體、照相機(jī)空間是右手坐標(biāo)系。
• 在規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系用的是左手坐標(biāo)系。

② 視窗坐標(biāo)系

• 視窗坐標(biāo)也就是手機(jī)窗口對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，以左上角為原點(diǎn)，右下角對(duì)應(yīng)手機(jī)的最大像素值的集合，如下圖是一個(gè)像素為 320*480 的手機(jī)，那他右下角的坐標(biāo)就是 (320, 480)。

③ 規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系

• 規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)是以屏幕中心為原點(diǎn)，X 軸朝右，Y 軸朝上，所以左下角的坐標(biāo)為(-1, -1)，右上角的坐標(biāo)為(1,1)。當(dāng)然這是 z 軸為 0 時(shí)的顯示，實(shí)際上規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系統(tǒng)是要考慮 z 軸，所以由平面要轉(zhuǎn)換成一個(gè)正方體，原點(diǎn)坐標(biāo)為(0,0,0)，也就是這個(gè)立方體的中心，而它左上角離最近的那個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)就是(1,1,1)，右下角離最遠(yuǎn)的那個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)就是(-1,-1,-1)。

④ 裁剪坐標(biāo)系

• 裁剪坐標(biāo)是執(zhí)行矩陣變換和透視投影之后，但在執(zhí)行透視除法之前的坐標(biāo)，超出裁剪空間的坐標(biāo)會(huì)被丟棄。

⑤ 視覺(jué)坐標(biāo)系

• 視覺(jué)坐標(biāo)系是觀察者的眼睛出發(fā)，朝手機(jī)設(shè)備看過(guò)去所能看到的，會(huì)有一個(gè) z 軸的最近距離和最遠(yuǎn)距離，也就是 zNear 和 zFar，只有在這兩者之間并且也滿(mǎn)足 x 軸和 y 軸坐標(biāo)在屏幕當(dāng)中的坐標(biāo)才會(huì)顯示出來(lái)，越遠(yuǎn)的東西會(huì)顯示得越小，產(chǎn)生透視的效果；

⑥ 世界坐標(biāo)系

• 世界坐標(biāo)系就是由用戶(hù)構(gòu)造的固定坐標(biāo)系，方便描述這個(gè)坐標(biāo)系下各種物體相對(duì)于原點(diǎn)的位置；

⑦ 慣性坐標(biāo)系

• 慣性坐標(biāo)系是指世界坐標(biāo)系和物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的中間產(chǎn)物。慣性坐標(biāo)系的原點(diǎn)和物體坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，但慣性坐標(biāo)系的軸和世界坐標(biāo)系的軸平行；

⑧ 物體坐標(biāo)系

• 物體坐標(biāo)系：物體自己獨(dú)有的坐標(biāo)系；當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的時(shí)候，這個(gè)坐標(biāo)系也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

• 慣性坐標(biāo)系是指世界坐標(biāo)系和物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的中間產(chǎn)物。慣性坐標(biāo)系的原點(diǎn)和物體坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，但慣性坐標(biāo)系的軸和世界坐標(biāo)系的軸平行。
• 為什么要引入慣性坐標(biāo)系？因?yàn)槲矬w坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到慣性坐標(biāo)系只需要旋轉(zhuǎn)，從慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系只需要平移。

五、坐標(biāo)變換

• OpenGL 最終渲染到屏幕上是 2D 的，所以只需要將 3D 坐標(biāo)進(jìn)行一系列的變換為 2D 坐標(biāo)，整個(gè)過(guò)程如下圖所示：

• OpenGL 中只定義了裁剪坐標(biāo)系、規(guī)范化設(shè)備坐標(biāo)系和屏幕坐標(biāo)系。而局部坐標(biāo)系(模型坐標(biāo)系)、世界坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系都是為了方便用戶(hù)設(shè)計(jì)而自定義的坐標(biāo)系，它們的關(guān)系如下圖所示：

• 模型變換、視變換、投影變換由用戶(hù)在頂點(diǎn)著色器中完成。
• 透視除法、視口變換由 OpenGL 在頂點(diǎn)著色器處理之后完成。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的OpenGL之深入解析坐标系的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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