OpenGL之视图变换与全局坐标系统学习笔记

8:19 --- 9:00
总结与计划

[OPENGL 学习]
[ 视图和模型变换]
    对变换进行的思考
    模型变换
    视图变换

[ 投影变换]
    透视投影
    正投影
    视景体裁剪

[ 视口变换]
    视口变换
    变换深度坐标

视图变换
时间:
    9:34 --- 10:23
    其是操作相机.
        其包括:相机的位置, 方向
其在程序当中的实现为:
    移动与旋转两个操作.

在OPENGL 当中,对于相机或物体的操作,其均是使用相同的函数.使用相机的模型矩阵.

那怎么样区分哪些是对于 相机的操作,哪些是对地物体的操作呢.

扩展:
    OPENGL 变换,其是属性OPENGL APP的四大模块当中的: 显示模块.
初始模块
显示模块
用户操作模块
结束模块

初始模块:
    本地窗口地创建,OPENGL 环境的建立,对象的创建

显示模块:
    其是场景的建立, 包括: 相机位置的确定,相机视野大小的确定(投影).
            对象在空间当中的位置与方向.

用户操作模块:
    响应业务事件, 事件处理.

结束模块:
    资源释放

==> OPENGL 其是一个界面的显示工具, 我们在写APP的时候,要去将界面与业务逻辑分层.以便于移植,如:将要使用DX,那也很方便的.

位置:其是由X,Y,Z所确定的,其的改变是通过translatef 来进行的.
方向: 其是描述相机的朝向, 在一个3D空间当中,对象的朝向,其是怎么样描述的,怎么样表达的,怎么样操作的.

[ 注意:]
    在3D空间, 我们首先要明白的第一件事: 其是使用什么坐标系.
    1. 相机的坐标系
    2. 相机的默认位置   :原点
    3. 相机的默认方向　：　Z轴的负方向

其分成三个部分来讲解：

１.　基本的模型变换函数　，用于视图变换，与其的意思

２.　工具函数库：gluLookAt() 其定义一条视线，其是封装了一系列的旋转和移动操作．

３.　创建自己的工具函数，对于旋转和移动的封装．其的背景与作用

[ １.　基本的模型变换函数]
    在OPENGL当中，对于相机（观察点）的变换操作，其是使用模型变换函数来完成的．
１.　要知道哪些是对于相机的操作，哪些是对于物体的操作
２.　对于相机的操作，其本质是对于物体的反操作，如：相机向Z轴的原点向正方向移动5，相当于物体在Z轴的原点向负方便移动5.
    小规则：在默认情况下，操作相机向前移动，就是沿Z轴的负方向移动．如果旋转了相机那意思就不同，为什么呢，哪一点．
更简单点：相机不动，而物体动，在显示模块当中，其均是操作物化．

例子：
    使用相机与物体之间距离5个单位，其是使用
glTranslatef( 0.0, 0.0, -5.0);
    其的解释：
１.　将场景当中的物体沿Z轴移动 -5个单位
２.　将相机沿Z轴移动＋５个单位

    现在假设我们要从侧面观察物体．
背景：
    相机与物体其均在原点．
分析：
    观察+从侧面

观察：
    因为相机与物体均原点，所以要移动相机或物体－－＞　3DAPP当中的显示模块其应该是要包括移动操作语句．

从侧面：
    其是要旋转相机或物体，

编程实现：
    我们要先写移动，还是先写旋转呢，语句的次序不同，其的效果也是不同的．
    因为矩阵的乘法没的交换律A*B != B＊A
    我们应该是先旋转后移动．

    在编写代码的时候，要先写移动后写旋转．其原因还是因为矩阵乘法不满足交换律．
    这种思考问题的方式很麻烦的．（其是以全局固定坐标系统）
    我们应该改变一种问题的思考方式．

    局部移动坐标系统：
    其的好处：逻辑次序与编写代码的次序相同．
    关键：
        局部＋　移动　＋坐标系统
    坐标系统是什么:
    局部:其是相对于哪一个
    移动: 其是谁移动呢.

    其就为什么可以很逻辑次序与编写代码的次序相同.

-->
本质:
    OPENGL 其的本质不变的.
    矩阵的相乘不满足交换律也是不变的.
能够改变的:
    思考问题的逻辑次序

    我们使用全局固定坐标思考问题的逻辑次序与编写代码的次序相反.

    局部移动坐标系统,
        局部+移动+坐标系统
        此坐标系统与全局固定坐标系统,初始相同.
        其为什么是局部,为什么是移动呢.
        局部:其是描述物体的,而全局固定坐标系统,其是描述场景的.
        考虑把物体以及它的局部坐标系统 移离 原点           ===> 体现了局部移动坐标系统当中的移动特点
        然后,根据经过移动的坐标系统调用旋转函数.
注意:
    全局固定坐标系统与局部移动坐标系统,其在旋转的参照点不同.
    前者:
        总是根据全局原点进行的
    后者:
        根据局部坐标系统的原点进行.而此原点是会变化的.

关键:
    在默认情况下,向前就是没Z轴的负方向,
默认情况:
    相机与物体均是在原点处且没有旋转
一般情况:
    其是要考虑是否旋转了物体或相机.,结果虽然还是移动,但其表现的效果是不同的,其可能不是沿着Z轴方向旋转而是成一定的角度方

向移动.

小结:
    全局固定坐标系统与局部移动坐标系统,其的本质是相同的,只是其的思考的方式不同而矣.
    其在OPENGL 的表现是一样的.OPENGL 其还是以矩阵相乘的方式进行的.

[ 使用工具函数 gluLookAt() ]
    在前面的学习当中,我们知道了怎么样思考移动,旋转对象,与使用OPENGL 编程实现,
    不管是全局固定坐标系统还是局部移动坐标系统,
    其的本质还是:glTranslatef ,glRotatef.
    为了确定一个对象在3D空间当中的位置与方向,我们要使用glTranslatef ,glRotatef
    我们能否将此操作过程封装起来,留出的接口:　接口参数，在哪里，朝向，
    工具函数gluLookAt其就是为了这一个目标所产生的．
显示模块的全局思路：
    构建场景
    布置适合地观察点
    gluLookAt其就是来布置观察点的．其说明了相机的位置，相机瞄准的参考点，并且提示哪个方向是朝上（说明是正立看，还是倒

立看）
    方向其是由向量来表示，向量其是由点来表示的．
    向量是有大小和方向的．所以朝向应该是由向量来表达．

注意：
    void gluLookAt( GLdouble eyex, GLdouble eyey,GLdouble eyez,
                 GLdouble centerx, GLdouble centery, GLdouble centerz.
                 GLdouble upx, GLdouble upy, GLdouble upz);
    我们通过EYE(X,Y,Z)来指定了观察点，瞄准点，朝向．
    gluLookAt　其内部是会通过glTranslatef,glRotatef ,或自定义矩阵然后调用glMultMatrixf，不管是哪些方案其均是影响
    MODEL Matrixf（　模型矩阵）

    其哪些参数是说明：
    相机的位置（　相机位于哪一点）
    相机的朝向（　相机旋转了多少）
    eye　其是说明相机的位置
    center 其是说明相机的朝向，也是瞄准着哪个方向看，

    具体怎么样的移动，旋转其均是由gluLookAt来计算出来的．

void
gluLookAtf(GLfloat eyex, GLfloat eyey, GLfloat eyez, GLfloat centerx,
      GLfloat centery, GLfloat centerz, GLfloat upx, GLfloat upy, GLfloat upz)
{
    GLfloat forward[3], side[3], up[3];         // 向量的表示
    GLfloat m[4][4];                // 变换矩阵       

/*
    其是计算观察点与参考点之间的向量　（forward 向量）
*/
    forward[0] = centerx - eyex;
    forward[1] = centery - eyey;
    forward[2] = centerz - eyez;       

/*
    其是规范化foward向量, 也就是算出单位向量（说明方向）
*/
    normalizef(forward);

    up[0] = upx;
    up[1] = upy;
    up[2] = upz;

    crossf(forward, up, side);

    normalizef(side);
    crossf(side, forward, up);

    __identf(&m[0][0]);
    m[0][0] = side[0];
    m[1][0] = side[1];
    m[2][0] = side[2];

    m[0][1] = up[0];
    m[1][1] = up[1];
    m[2][1] = up[2];

    m[0][2] = -forward[0];
    m[1][2] = -forward[1];
    m[2][2] = -forward[2];

    glMultMatrixf(&m[0][0]);    // 之前的所有操作均是为确定怎么样旋转
    glTranslatef(-eyex, -eyey, -eyez);
}

==> gluLookAt
其主要包括两个方面：　旋转，平移．
关键：
１.    旋转的向量确定，（沿着哪个向量旋转，以什么角度旋转）
２.     其是先旋转后平移．（如果先平移后旋转，那就可以相机永远在哪一个轴上）

向量
    在编程当中，向量其主要是用到了向量的几何性质.
    所以向量的方向,
    所以向量相乘是:坐标值的相乘,而没有角度. 这些均是很关键的

投影变换
    其是OPENGL当中的四大模块当中的显示模块的内容,
其是属于显示模块当中的变换部分.
    其的主要功能是: 确定相机的视野.
我们自己生活在一个3D空间当中,当我们固定在一个空间当中的时候,我们所能到的东西范围是有限的.两只眼睛比一只眼睛所能观察到的东西都

一些的.
    我们是看到一个空间当中的一部分.如果想观察到空间当中的其它部分,我们就要转身或旋转脑袋.

    在OPENGL 当中, 其是怎么样表达一个相机的视野空间的呢.

    定义好了视野空间,其又是怎么样将3D变换到2D屏幕上显示的呢.

其包括两个方面的内容:

1. 视野空间的定义
2. 视野空间当中的3D物体怎么样投影到2D屏幕上面.( 可以想象成直接忽视视野空间当中的对象的Z值)

==> 投影变换其就是来解决这一部知识的.

注意:
    变换的本质:
        顶点与矩阵相乘. 不同的变换,其只是矩阵的值不相同而矣.所以当我们看到一个变换的时候, 要知道其是操作什么样的矩

阵,其的矩阵值是多少.
    如:视图模型矩阵其的操作 GL_MODELVIEW
    投影变换其所操作的矩阵是:GL_PROJECTION

    在OPENGL当中,我们要去知道,此变换函数其是操作哪一个矩阵.是:GL_MODELVIEW, GL_PROJECTION ,GL_TEXTURE.当中的哪一

个.其是通过glMatrixMode( ...) 来指定的.
    但这三个矩阵其均是使用当前矩阵来进行相乘.所以为了避免之前的影响,我们会去使用glLoadIdentity(). 来将当前矩阵设置为单位

矩阵
[ 3.3.1 透视投影]
    其的特点是: 与我们人眼所观察到物体对象是不一样的. 远处的东西看小些,近处的东西看大些, 但没有不清楚的功能.

透视投影流程:
    1. 设置矩阵模型为GL_PROJECTION
    2. 将当前矩阵设置为单位矩阵
    3. 设置视景体,glFrustum
    4. 根据glFrustum 的参数计算出一个矩阵.
    5. 其与当前矩阵,
    6. 其结果会保存在GL_PROJECTION矩阵当中.
    7. 3D空间到2D屏幕上显示的时候,顶点其就会与此矩阵相乘.

注意:
    平截头.其是由裁剪平面所组成的. 其包括4个侧面,顶面,底面.
    裁剪平面与矩阵之间是什么关系呢.

工具函数:
    gluPerspective 其是定义成一个视景体.
    glFrustum其函数参数是指定近侧裁剪平面的两个角.
    gluPerspective 其的参数是指定: y方向上视野的角度和纵横比( X/Y).

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