OpenGL透视变换详解

Void gluPerspective(GLdouble fovy,GLdouble aspect, GLdouble near, GLdouble far) 函数作用： 创建一个表示对称投影视图矩阵，并把它与当前矩阵相乘。Fovy是yz平面上视野的角度，它的值必须为[0.0,180.0]。aspect是宽高比。near far 是视点与近裁剪面和远裁剪面的距离，这个必须为正的。 OpenGL是一种强大的图形库，用于在2D和3D空间中绘制复杂的图形。在OpenGL中，透视变换是构建真实感图像的关键部分，它模仿人眼观看三维世界的方式，使得远离观察者的物体看起来更小，靠近观察者的物体看起来更大，从而产生深度感。本文将详细解析OpenGL中的透视变换，特别是`gluPerspective`函数。 `gluPerspective`函数用于创建一个对称的投影视图矩阵，该矩阵会与当前的模型视图矩阵相乘，以实现透视效果。它的四个参数分别代表不同的特性： 1. `fovy`（Field of View in Y）：这是在yz平面内视野的角度，通常以度数表示，范围是0.0到180.0。较小的`fovy`值会产生窄视角，较大的值则产生宽视角。视角的增加会导致在屏幕上的可见区域扩大，但物体的相对大小会减小，因为更多的空间被包含在视野中。 2. `aspect`（Aspect Ratio）：这是宽度与高度的比例，通常由窗口的宽度除以高度得到。这个参数确保垂直和水平视角保持正确的比例，以避免图像拉伸或压缩。 3. `near`：表示观察者与近裁剪面之间的距离，必须为正数。任何在这个距离内的物体都将被“裁剪”掉，不会出现在最终的渲染结果中。 4. `far`：表示观察者与远裁剪面的距离，也必须为正数。所有超出这个距离的物体同样会被裁剪。 在默认情况下，视点位于原点，视线沿z轴负方向。投影平面可以是任意与近裁剪面平行且与三棱锥相交的部分，这并不会改变最终的视觉效果。然而，当`fovy`增大时，投影平面的大小也随之增加，导致物体在屏幕上看起来更小，这是因为更大的投影平面被映射到了固定大小的屏幕上。 除了`gluPerspective`，OpenGL还提供了一个叫做`glFrustum`的透视投影函数，它允许更灵活的控制近裁剪面和远裁剪面的形状。`glFrustum`接受六个参数，定义了近裁剪面的左下角和右上角坐标，以及近裁剪面和远裁剪面的距离。 另一方面，平行投影（或正投影）在OpenGL中由`glOrtho`函数实现。它创建一个正交投影矩阵，不会产生透视缩小效应，所有平行于观察方向的线在屏幕上仍保持平行。`glOrtho`的参数定义了近裁剪面的矩形区域，以及近和远裁剪面的距离，适用于绘制几何形状的精确布局，例如2D图表或界面元素。 OpenGL的透视变换通过`gluPerspective`、`glFrustum`和`glOrtho`函数，提供了多种创建真实感视觉效果的方法。理解这些函数的工作原理对于开发3D应用程序至关重要，因为它们帮助开发者准确地控制场景的视图和投影方式。