OpenGL/C++_学习笔记（四）空间概念与摄像头

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空间概念与摄像头

前置科技树: 线性代数

矩阵/向量定义和运算: learnglCN-变换

空间概念

流程简述

想要通过OpenGL实现无限空间的场景的展现, 需要将需要显示的顶点的坐标从三维空间经过多个坐标系统(Coordinate System)的转换或映射最后得到标准化设备坐标(Normalized Device Coordinate, NDC) – 每个顶点的x，y，z坐标都应该在区间[-1.0, 1.0]上，超出这个坐标范围的顶点都将不可见，接着再转化为屏幕上像素的坐标. 这个过程通常是分步进行的，也就是类似于流水线/管线那样子.

将物体的坐标变换到几个过渡坐标系(Intermediate Coordinate System)的优点在于，在这些特定的坐标系统中，一些操作或运算更加方便和容易.

流程中比较重要的总共有5个不同的坐标系统:

1. 局部空间(Local Space，或者称为物体空间(Object Space))
2. 世界空间(World Space)
3. 观察空间(View Space，或者称为视觉空间(Eye Space))
4. 裁剪空间(Clip Space)
5. 屏幕空间(Screen Space)

下面展示一张直观展示全流程的示意图.

为了将坐标从一个坐标系变换到另一个坐标系，我们需要用到几个变换矩阵，最重要的几个分别是模型(Model)、观察(View)、投影(Projection)三个矩阵. 我们的顶点坐标起始于局部空间(Local Space)，在这里它称为局部坐标(Local Coordinate)，它在之后会变为世界坐标(World Coordinate)，观察坐标(View Coordinate)，裁剪坐标(Clip Coordinate)，并最后以屏幕坐标(Screen Coordinate)的形式结束. 上述图例展示了整个流程以及各个变换过程做了什么：

1. 局部坐标是对象相对于局部原点的坐标，也是物体起始的坐标.
2. 下一步是将局部坐标变换为世界空间坐标，世界空间坐标是处于一个更大的空间范围的. 这些坐标相对于世界的全局原点，它们会和其它物体一起相对于世界的原点进行摆放.
3. 接下来我们将世界坐标变换为观察空间坐标，使得每个坐标都是从摄像机或者说观察者的角度进行观察的.
4. 坐标到达观察空间之后，我们需要将其投影到裁剪坐标. 裁剪坐标会被处理至-1.0到1.0的范围内，并判断哪些顶点将会出现在屏幕上(深度检测等).
5. 最后，我们将裁剪坐标变换为屏幕坐标，我们将使用一个叫做视口变换(Viewport Transform)的过程. 视口变换将位于-1.0到1.0范围的坐标变换到由glViewport函数所定义的坐标范围内(绘制窗口宽和高). 最后变换出来的坐标将会送到光栅器，将其转化为片段.

各空间相关概念详述

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