OpeGL坐标系介绍

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1、OpenG 口的坐标系、投影和几何变换按：我也是在迷茫中走过来的，初学OpenGL时，略微了解了一些有关变换的基本知识，但是却不知道具体的使用方法，因此经常需要在布置场景时反复调整各种参数。当我终于有一天明白了它们的用法时，就觉得应该把这些心得体会写下来，让那些和我一样曾经迷茫过的人能够迅速地找到出路。本文的读者对象为那些初学OpenGL 了解了 一些坐标系、几何变换等基本知识，但是又不知道具体应该如何运用这些操作的人。如果你对OpenGL一无所知，建议你先去学学 OpenGL的基本知识。1坐标系OpenGL中使用的坐标系有两种，分别为 世界坐标系和屏幕坐标系。世界坐标系即OpenGL内部处理

2、时 使用的三维坐标系，而 屏幕坐标系即为在计算机屏幕上绘图时使用的坐标系。资料个人收集整理，勿做商业用途通常，OpenGL所使用的世界坐标系为右手型，如下图所示。11/7从计算机屏幕的角度来看，X轴正方向为屏幕从左向右,y轴正方向为屏幕从下向上,z轴正方向为屏幕从里向外。而进行旋转操作时需要指定的角度0的方向则由右手法则来决定，即右手握拳，大拇指直0角的正方向（即0角增加的方向），向某个坐标轴的正方向，那么其余四指指向的方向即为该坐标轴上的在上图中用圆弧形箭头标出。资料个人收集整理，勿做商业用途2投影将世界坐标系中的物体映射到屏幕坐标系上的方法称为投影。投影的方式包括平行投影和透视投影两种。平

3、行投影的投影线相互平行，投影的结果与原物体的大小相等，因此广泛地应用于工程制图等方面。透视投影的投影线相交于 点，因此投影的结果与原物体的实际大小并不一致，而是会近大远小。因此透视投影更接近于真实世界的投影方式。2. 1平行投影OpenGL中使用下面的函数来设置投影方式为平行投影。glOrtho(xleft, xright, ybottom, ytop, zn ear, zfar);各参数的含义如下图所示。资料个人收集整理，勿做商业用途投影面投影立方体的六个面分别为:左： z=znear (投影面)右：z=zfar上：y=yt op下：y=ybottom前：x=xnght后：x=xleft资料

4、个人收集整理，勿做商业用途注意，只有位于立方体之内的物体才可见。2. 2透视投影OpenGL中使用下面的函数来设置投影方式为透视投影。gluPersp ective(fovy, asp ect, zn ear, zfar); 各参数的含义如下图所示。fovy为四棱台的顶角，aspect为投影面的纵横比，离(注znear和zfar为四棱台的顶面和底面到视点的意不是z坐标)。资料个人收集整理，勿做商业用途注意，只有位于四棱台之内的物体才可见。3几何变换OpenGL中可以使用的几何变换有平移、旋转、缩放三种。glTra nslatef (x, y, z);该函数可以实现平移变换，X、y、z为各坐标轴

5、上的平移量。glRotatef ( 0 , x, y, z);该函数实现旋转变换。0为旋转角度，x、y、Z为旋转轴。旋转方向由右手法则决定(参见第一节坐标系”)。资料个人收集整理，勿做商业用途glScalef (x, y, z);该函数实现缩放变换。X、y、z为各轴方向的扩大量。若为负值，则沿着坐标轴的反方向进行缩放。实际上，儿何变换并不是针对坐标系中的某个物体进行变换，而是对整个坐标系进行变换。进行绘图时，世界坐标系上的点将以如下的方式被投影到屏幕坐标系上:资料个人收集整理，勿做商业用途=P *A1A2 Az其中(x y z 1)为该点在世界坐标系中的坐标,(x* y z* 1)，为该点在屏

6、幕坐标系上的投影的坐标。A为几何变换矩阵。在处理变换和投影时,P为投影变换矩阵,OpenGL先把几何变换矩阵A、A、Atx、tytz1 )0-sin 日xcos 日 x0从左侧依次与点坐标矩阵相乘，最后再将投影矩阵从左侧与经过几何变换之后的点坐标相乘，即得到该点的屏幕坐标。也就是说，在OpenGL中进行儿何变换的方式为，首先通过glTranslatef、glRotatef glScalef等函数设置好儿何变换矩阵(相当于对坐标系进行了变换)，然后再进行绘图，那么图形的投影坐标将受到设置好的儿何变换矩阵所影响而显现出几何变换的效果；而并不是首先进行绘图然后再通过儿何变换函数对已经存在的图形进行变

7、 换。资料个人收集整理，勿做商业用途变换的一般形式如下式所示：ya11a21a12a22a13a23a14 a24 1Xy AXyaaaaz31323334|zzaaa041424344 J常见的变换矩阵如下。平移变换10旋转变换沿x轴旋转0cos日x10 sin 日沿y轴旋第0COSQysinoQyCO。日 y0沿z轴旋转&s8z一sin0、sirTzoz0cos%缩放变换fxo0 Sy0 &r u平行投影(投影到xy平面的情况)(1 、1 U透视投影(投影到郎平面的情况。投影中心为Z轴上的点(0, 0f R)RR-ZRR-Z0在实际编程中，为了保存几何变换和投影变换的操作，OpenGL维护

8、两个栈，即投影变换栈和几何变换栈。栈中保存的元素即为投影变换和几何变换的变换矩阵。使用下面的函数可以在两个栈之间进行切换：资料个人收集整理，勿做商 业用途切换当前操作的栈为投影变换栈：glMatrixMode(GL_ PROJECTION);切换当前操作的栈为儿何变换栈：glMatrixMode(GL_MODELVIEW)；此外，下面的函数可以清除当前操作的栈中的内容，并向栈中压入一个单位矩阵：glLoadlde ntity();两个栈之间的关系如下图所示：几何变换栈投影变换栈An A2AlI1 J般情况下，我们在进行OpenGL初始化时都要执行下面的命令:glMatrixMode(GL_ P

9、ROJECTION);glLoadlde ntity0;glu Presp ective (30. asp ect, 1. 0, 50. 0);理，勿做商业用途glMatrixMode (GLJIODELVIEW);/切换到投影变换栈/初始化投影变换栈/压入透视投影矩阵资料个人收集整/切换到几何变换栈另外，在调用glMatrixMode(GJM0DELVIEW)时，系统会自动将几何变换栈清空并压入单位矩阵，不必再调用glLoadldentityO函 因此 数。资料个人收集整理，勿做商业用途对于儿何变换栈，还有以下两个常用的操作：gIP ushMatrixO;保存当前坐标系gIPop Matri

10、x();恢复当前坐标系在调用几何变换操作时，OpenGL将该几何变换操作的变换矩阵与当前栈的栈顶元素相乘，的矩阵并将其作得到一个新为儿何变换栈的栈顶。资料个人收集整理，勿做商业用途作为例子，我们来看下面的这段程序。 glMatrixMode(GL_ PROJECTION); glLoadlde ntity(); glu Persp ective (30. 0, asp ect, 1. 0, 50. 0); glMatrixMode(GL.MODELVIEW); gIPu shMatrixO ; glTra nslatef (0. 0, 0. 0, -20. 0); gIPu shMatrixO

11、 ； glTra nslatef (0. 0, 1.0, 0. 0); myWireCyli nder (1. 0, 2. 0, 12); glTra nslatef (0. 0, L 0, 0. 0); glRotatef (-90. 0, 1. 0, 0. 0, 0. 0); glutWireCo ne (1. 0, 2.0, 12, 3); gIPop Matrix 0; glTra nslatef (0. 0, T. 0, 0. 0); myWireCyli nder (1. 0, 2. 0, 12); gIPop Matrix 0;F面我们来分析一下该程序执行过程中两个栈的变化情况。图中左侧的栈为透视变换栈，右侧的栈为几何变换栈。黄色表示当前操作栈。I表示单位矩阵，P表示投影变换矩阵，T为平移变换矩阵，R为旋转4参考文献OpenGL次元CG7 0汇，耳；林武文、加藤清敬著，口口-社