OpenGL Transformation 几何变换的顺序概要(MVP,NDC,Window坐标变换过程)

本文主要是介绍OpenGL Transformation 几何变换的顺序概要(MVP,NDC,Window坐标变换过程),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

OpenGL Transformation 几何变换的顺序概要(MVP,NDC,Window坐标变换过程)

Geometry transforming or culling sequence:

  • application passing the vertex pos(object space pos) to the shader program。
  • transforming of clip space pos from object space pos by mulipling the MVP matrix
    • to world space pos from object space pos by multipling the model/world matrix
      ( x w o r l d y w o r l d z w o r l d ) = M m o d e l / w o r l d ( x o b j y o b j z o b j ) \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}world}\\ y_{\color{#aaaaaa}world}\\ z_{\color{#aaaaaa}world} \end{matrix} \right)= M_{\color{#aaaaaa}model/world} \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}obj}\\ y_{\color{#aaaaaa}obj}\\ z_{\color{#aaaaaa}obj} \end{matrix} \right) xworldyworldzworld =Mmodel/world xobjyobjzobj
    • to view space pos from world space pos by multipling the view/camera/eye matrix
      • right-hand coordinates
        ( x e y e y e y e z e y e ) = M m o d e l V i e w ( x o b j y o b j z o b j ) = M v i e w ⋅ M m o d e l / w o r l d ( x o b j y o b j z o b j ) \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}eye}\\ y_{\color{#aaaaaa}eye}\\ z_{\color{#aaaaaa}eye} \end{matrix} \right)= M_{\color{#aaaaaa}modelView} \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}obj}\\ y_{\color{#aaaaaa}obj}\\ z_{\color{#aaaaaa}obj} \end{matrix} \right)= M_{\color{#aaaaaa}view} \cdot M_{\color{#aaaaaa}model/world} \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}obj}\\ y_{\color{#aaaaaa}obj}\\ z_{\color{#aaaaaa}obj} \end{matrix} \right) xeyeyeyezeye =MmodelView xobjyobjzobj =MviewMmodel/world xobjyobjzobj
    • to projection/clip space pos from view space pos by multipling the projective/clip matrix
      ( x c l i p y c l i p z c l i p ) = M p r o j e c t ( x e y e y e y e z e y e ) \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}clip}\\ y_{\color{#aaaaaa}clip}\\ z_{\color{#aaaaaa}clip} \end{matrix} \right)= M_{\color{#aaaaaa}project} \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}eye}\\ y_{\color{#aaaaaa}eye}\\ z_{\color{#aaaaaa}eye} \end{matrix} \right) xclipyclipzclip =Mproject xeyeyeyezeye
      • culling the vertex which − w c l i p > x y z c l i p > w c l i p -w_{\color{#aaaaaa}clip}>xyz_{\color{#aaaaaa}clip}>w_{\color{#aaaaaa}clip} wclip>xyzclip>wclip
        • add edge/vertex when culling occurs。
      • only reserve the vertex which − w c l i p < x y z c l i p < w c l i p -w_{\color{#aaaaaa}clip}<xyz_{\color{#aaaaaa}clip}<w_{\color{#aaaaaa}clip} wclip<xyzclip<wclip
      • projection/clip space pos still are Homogeneouse coordinates
        • to perspective effect, transforming to NDC space (Euclidean/Cartesian space) from projection/clip space pos, then dividing by the w c l i p w_{\color{#aaaaaa}clip} wclip x y z n d c = x y z c l i p / w c l i p xyz_{\color{#aaaaaa}ndc}=xyz_{\color{#aaaaaa}clip}/w_{\color{#aaaaaa}clip} xyzndc=xyzclip/wclip
  • to NDC(Normalized Device Coordinates) space, just using clip space pos divide by w c l i p w_{\color{#aaaaaa}clip} wclip
    ∵ e y e s p a c e i s r i g h t − h a n d c o o r d i n a t e s ∴ w c l i p = − z c l i p ∴ ( x c l i p y c l i p z c l i p w c l i p → ( − z c l i p ) ) = [ ⋅ ⋯ ⋯ ⋅ ⋮ ⋱ ⋱ ⋮ ⋅ ⋯ ⋯ ⋅ 0 0 − 1 0 ] ( x e y e y e y e z e y e w e y e ) ( x n d c y n d c z n d c ) = ( x c l i p / w c l i p y c l i p / w c l i p z c l i p / w c l i p ) { − w c l i p < x y z n d c < w c l i p x y z n d c = x y z c l i p / w c l i p − 1 < x y z n d c < 1 \because eye \space space \space is \space right-hand \space coordinates\\ \therefore w_{\color{#aaaaaa}clip}=-z_{\color{#aaaaaa}clip}\\ \therefore\left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}clip}\\ y_{\color{#aaaaaa}clip}\\ z_{\color{#aaaaaa}clip}\\ w_{\color{#aaaaaa}clip} \rightarrow ({\color{#ff0000}-z_{\color{#aaaaaa}clip}})\\ \end{matrix} \right)= \begin{bmatrix} \cdot & \cdots & \cdots & \cdot \\ \vdots & \ddots & \ddots & \vdots \\ \cdot & \cdots & \cdots & \cdot \\ 0 & 0 & \color{#ff0000}-1 & 0 \end{bmatrix} \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}eye}\\ y_{\color{#aaaaaa}eye}\\ \color{#ff0000}z_{\color{#aaaaaa}eye}\\ \color{#ff0000}w_{\color{#aaaaaa}eye} \end{matrix} \right)\\ \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}ndc}\\ y_{\color{#aaaaaa}ndc}\\ z_{\color{#aaaaaa}ndc} \end{matrix} \right)= \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}clip}/w_{\color{#aaaaaa}clip}\\ y_{\color{#aaaaaa}clip}/w_{\color{#aaaaaa}clip}\\ z_{\color{#aaaaaa}clip}/w_{\color{#aaaaaa}clip} \end{matrix} \right) \begin{cases} -w_{\color{#aaaaaa}clip}<xyz_{\color{#aaaaaa}ndc}<w_{\color{#aaaaaa}clip}\\ xyz_{\color{#aaaaaa}ndc}=xyz_{\color{#aaaaaa}clip}/w_{\color{#aaaaaa}clip}\\ -1<xyz_{\color{#aaaaaa}ndc}<1 \end{cases} eye space is righthand coordinateswclip=zclip xclipyclipzclipwclip(zclip) = 0010 xeyeyeyezeyeweye xndcyndczndc = xclip/wclipyclip/wclipzclip/wclip wclip<xyzndc<wclipxyzndc=xyzclip/wclip1<xyzndc<1
    • w c l i p = − z c l i p w_{\color{#aaaaaa}clip}=-z_{\color{#aaaaaa}clip} wclip=zclip see OpenGL Projection Matrix。
    • NDC like a cube, [l,r] range [-1,1], [b,t] range [-1,1], [-n,-f] range [-1,1],see Perspective Projection。
  • to mapping Window Coordinates (Screen Coordinates), using glViewport(x,y,w,h), glDepthRange(n,f) functions set the parameters of mapping, see following formula:

( x w i n d o w / s c r e e n y w i n d o w / s c r e e n z w i n d o w / s c r e e n ) = ( w 2 x n d c + ( x + w 2 ) h 2 y n d c + ( y + h 2 ) f − n 2 z n d c + ( f + n ) 2 ) { x w i n d o w = { − 1 ⇒ x 1 ⇒ x + w y w i n d o w = { − 1 ⇒ y 1 ⇒ y + h z w i n d o w = { − 1 ⇒ n 1 ⇒ f \left( \begin{matrix} x_{\color{#aaaaaa}window/screen}\\ y_{\color{#aaaaaa}window/screen}\\ z_{\color{#aaaaaa}window/screen} \end{matrix} \right)= \left( \begin{matrix} \frac{w}{2}x_{\color{#aaaaaa}ndc}+\left(x+\frac{w}{2}\right) \\ \frac{h}{2}y_{\color{#aaaaaa}ndc}+\left(y+\frac{h}{2}\right) \\ \frac{f-n}{2}z_{\color{#aaaaaa}ndc}+\frac{\left(f+n\right)}{2} \end{matrix} \right) \begin{cases} x_{\color{#aaaaaa}window}= \begin{cases} -1 \Rightarrow x \\ 1 \Rightarrow x+w \\ \end{cases}\\ y_{\color{#aaaaaa}window}= \begin{cases} -1 \Rightarrow y \\ 1 \Rightarrow y+h \\ \end{cases}\\ z_{\color{#aaaaaa}window}= \begin{cases} -1 \Rightarrow n \\ 1 \Rightarrow f \\ \end{cases}\\ \end{cases} xwindow/screenywindow/screenzwindow/screen = 2wxndc+(x+2w)2hyndc+(y+2h)2fnzndc+2(f+n) xwindow={1x1x+wywindow={1y1y+hzwindow={1n1f


参考前辈一文:纹理投影,里面有 GPU-GEMS 一图
在这里插入图片描述


References

  • LaTeX 各种命令,符号
  • OpenGL Transformation
    • Object Space Coordinates
    • Eye Space Coordinates
    • Clip Space Coordinates
    • NDC(Normalized Device Coordinates)
      • Perspective Projection
    • Window Coordinates (Screen Coordinates)
    • OpenGL Projection Matrix
    • Homogeneous Coordinates

这篇关于OpenGL Transformation 几何变换的顺序概要(MVP,NDC,Window坐标变换过程)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/377400

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