详解opengl的坐标系、投影和几何变换

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2、袄羁肄蚀蝿羀膆蒃蚅罿芈虿薁羈莁蒁袀肈肀芄螆肇膂蒀蚂肆芅芃蚈肅肄薈薄肄膇莁袃肃艿薆蝿肂莁荿蚅肂肁薅薁膁膃莇衿膀芆薃螅腿蒈莆螁膈膈蚁蚇螅芀蒄薃螄莂虿袂螃肂蒂螈螂膄蚈蚄袁芆蒁薀袀荿芃袈袀肈葿袄衿芁节螀袈莃薇蚆袇肃莀薂袆膅薅袁袅芇莈螇羄莀薄蚃羄聿莇蕿羃膂薂薅羂莄莅袄羁肄蚀蝿羀膆蒃蚅罿芈虿薁羈莁蒁袀肈肀芄螆肇膂蒀蚂肆芅芃蚈肅肄薈薄肄膇莁袃肃艿薆蝿肂莁荿蚅肂肁薅薁膁膃莇衿膀芆薃螅腿蒈莆螁膈膈详解OpenGL的坐标系、投影和几何变换作者：charlee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

3、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内部处理时使用的三维坐标系，而屏幕坐标系即

4、为在计算机屏幕上绘图时使用的坐标系。通常，OpenGL所使用的世界坐标系为右手型，如下图所示。xzy0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θ的方向则由右手法则来决定，即右手握拳，大拇指直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θ角的正方向（即θ角增加的方向），在上图中用圆弧形箭头标出。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。平行投影的投影线

5、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一点，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。ABA'B'平行投影投影面（屏幕）ABA'B'透视投影投影面（屏幕）投影中心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,znear,zfar);各参数的含义如下图所示。投影面投影立方体的六个面分别为：左：z=znear(投影面

6、）右：z=zfar上：y=ytop下：y=ybottom前：x=xright后：x=xleft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。gluPerspective(fovy,aspect,znear,zfar);各参数的含义如下图所示。whznearzfarfovy视点（投影中心）aspect=w/hfovy为四棱台的顶角，aspect为投影面的纵横比，znear和zfar为四棱台的顶面和底面到视点的距离（注意不是z坐标）。注意，只有位于四棱台之

7、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。glTranslatef(x,y,z);该函数可以实现平移变换，x、y、z为各坐标轴上的平移量。glRotatef(θ,x,y,z);该函数实现旋转变换。θ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”）。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，几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

8、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：其中(xyz1)T为该点在世界坐标系中的坐标，(x'y'z'1)T为该点在屏幕坐标系上的投影的坐标。P为投影变换矩阵，An为几何变换矩阵。在处理变换和投影时，OpenGL先把几何变换矩阵A1、A2、…、An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，