OpenGL學習筆記 OpenGL的變換和矩陣

2021-08-22 15:37:07 字數 2426 閱讀 8514

opengl的變換和矩陣

1)指定矩陣型別

opengl中使用glmatrixmode指定當前要設定的矩陣型別,常用的引數是gl_projection和gl_modelview,還有gl_texture。opengl將視點變換(即攝像機變換)和模型變換(即物體變換和世界變換)合二為一了。glmatrixmode指定的模式一但指定就不會變除非再次呼叫glmatrixmode,所以一般在reshpae裡設定gl_projection之後再使用glmatrixmode指定當前矩陣型別為gl_modelview,那麼以後設定的變換矩陣就都是模型視點矩陣。

2)模型視點矩陣設定順序

在設定模型視點矩陣時,如果使用glulookat設定視點矩陣,必須先呼叫glulookat,然後再設定各個模型變換矩陣。而且由於每幀重新重新整理,矩陣不會自動清除(矩陣設定都是右乘到棧頂),所以每幀一開始要使用glloadidentity將模型視點矩陣設成單位陣,然後用glulookat設定視點矩陣,然後是各模型變換矩陣。

3)變換矩陣設定和執行順序

由於opengl使用的是向量右乘矩陣(向量是列向量,矩陣是列主矩陣),v'=m x v,而每次使用gltranslate*,glscale* ,glrotate*等的時候是將所指定的矩陣右乘到當前矩陣棧棧頂的矩陣上,比如原棧頂矩陣為i,使用gltranslate*指定矩陣t,那麼當前變換矩陣就是ixt,如果再用glscale*指定乙個縮放矩陣s,那麼當前矩陣就是ixtxs,用來變換向量就變成 v' = ixtxsxv,效果就是先縮放再平移,可見指定矩陣的順序是和矩陣變換向量的執行順序相反的。如果這兒在**中先呼叫glscale*,再呼叫gltranslate*,就會變成先平移再縮放,結果是很不一樣的,因為縮放是針對中心點的座標值變化,如果先平移,等於這些點離中心點遠了,再放大就會更加偏離中心點。

示例**:

glpushmatrix();

gltranslatef(10.0f,0.0f,0.0f);

glscalef(2.0f,2.0f,2.0f);

glutwirecube(1.0);

glpopmatrix();

glpushmatrix();

glscalef(2.0f,2.0f,2.0f);

gltranslatef(10.0f,0.0f,0.0f);

glutwirecube(1.0);

glpopmatrix();

同樣對於視點變換和模型變換,由於是先指定視點變換(呼叫glulookat)後指定模型變換,所以實際效果是先模型變換再視點變換,這與一般圖形學上的流水線順序一致。

4)glloadidentity,glpushmatrix/glpopmatrix的使用

在使用glmatrixmode(gl_projection)後要立刻呼叫glloadidentity,glmatrixmode本身不會將棧頂矩陣清成單位陣。在每幀開始要呼叫glloadidentity將模型視點矩陣設成單位陣(否則會累積上一幀矩陣變換的最終效果)。在設定模型變換矩陣時,也可以使用glloadidentity,這會清除之前所有變換矩陣的累積效果重新開始矩陣設定,當然最方便的還是glpushmatrix/glpopmatrix組合,首先他的效率比glloadidentity高,執行glpushmatrix時複製當前的矩陣併入棧(新矩陣位於棧頂,原矩陣被壓入棧中),這樣之後所做的變換就可以累積原來的變換效果,之後呼叫glpopmatrix會將原變換矩陣彈出,這樣就恢復了原來的變換矩陣,不受push/pop之間矩陣變換的影響。這種矩陣棧的結構特別適合層次關係,一般至少支援32層。(投影矩陣支援2層,但一般沒用)

5)模型變換矩陣函式

即gltranslate*,glscale* ,glrotate*,使用這些函式速度比自己設定矩陣並呼叫glmultmatrix*快。

使用glscale*會對光照產生影響,必須再次歸一化法線。(因為opengl會將模型變換應用到法線上)

連續旋轉時應該是記錄旋轉角度並以之呼叫glrotate*,因為多次進行微小旋轉會導致誤差

6)視點變換矩陣

可以用glulookat指定,也可以自己封裝函式實現功能

7)投影變換

投影矩陣一般是在reshape(螢幕尺寸設定或變化的時候)裡呼叫,必須首先呼叫:

glmatrixmode(gl_projection);

glloadidentity();

投影變換定義視景體,opengl會根據視景體進行裁剪(應該是會生成乙個齊次空間透視裁剪矩陣並進行裁剪)

使用glfrustum指定透視投影的視景體,他會生成乙個透視矩陣並將其與當前矩陣相乘

也可以使用gluperspective指定,注意他使用的是fovy和w/h

還可以自己封裝類似函式(要使用glmultmatrix*)

8)視口變換,深度座標

glviewport指定視口

gldepthrange設定深度值範圍,預設為0.0~1.0(書中說這是在視口變換過程對z座標編碼的方式。這應該是opengl設定的齊次透視裁剪空間的z值範圍吧)

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