了解OpenGL中的坐标系

OpenGL + OpenGL ES +Metal 系列文章汇总

分类

OpenGL中坐标系主要分为两大类

• 右手系
• 左手系

如图所示

两大分类

右手系需要遵循右手法则，左手系需要遵循左手法则

左右手法则

常用坐标系

而我们常用的坐标系主要有以下几种

• 世界坐标系
• 物体坐标系
• 惯性坐标系
• 照相机坐标系

• NDC 标准化设置坐标
  各个坐标系相应的说明如图所示

  
  常用坐标系

物体、惯性、世界三个坐标系之间的关系

在物体成像到屏幕的过程中，需要经过这三个坐标系的相互转换，惯性坐标系是物体坐标系向世界坐标系转换的”重点“

• 物体坐标系仅通过旋转即可转换到惯性坐标系
• 惯性坐标系仅通过平移即可转换到世界坐标系

如图所示

物体、惯性、世界三个坐标系之间的关系

物体成像至屏幕需要经历的坐标变换

即 3D物体转换成2D图像的变化过程

• 模型变换，涉及模型矩阵：物体坐标 --> 世界坐标
• 视变换（例如平移，旋转，缩放等），涉及观察者矩阵：世界坐标 --> 摄像机坐标
• 投影变换，涉及投影矩阵：摄像机坐标 --> 裁剪坐标
• 透视除法： 裁剪坐标 --> NDC
• 视口变换：NDC --> 屏幕坐标

OpenGL坐标变换全局图

在这个变换过程中，属于OpenGL定义的坐标系有3个

• 裁剪坐标系
• 规范化设备坐标系，即NDC
• 屏幕坐标系

属于用户自定义坐标系同样也有3个

• 物体坐标系
• 世界坐标系
• 照相机坐标系

其中下列的变换操作是用户可以自定义变换的，即可以由用户根据需要自行制定，这些变换使在顶点着色器中完成

• 模型变换 Model
• 视变换 View
• 投影变换 Projection

以下两种是属于OpenGL 中的变换，即由OpenGL自动执行，在顶点着色器处理后的阶段完成

• 透视除法
• 视口变换