3D图形原理和一些基本概念

喜欢ヅ旅行 2024-04-17 17:17 69阅读 0赞

这篇或者接下来的一系列文章都是我阅读《OpenGL超级宝典》第五版后的个人总结。

第一，2D与3D有什么关系。  
2D就是我们平常在纸上画矩形之类的，他们只有宽度和高度。而3D比2D多一个深度。真实世界中，由于我们的双眼的存在，看到的是3D世界。即使你遮住一只眼，由于光线照射产生的表面着色和近大远小的缘由，这些效果激发了我们大脑的记忆，这使得我们观察到的仍是3D世界。

那对于在屏幕上又是怎么样显示3D的？其实在在屏幕上只能显示2D图形，人们通过将屏幕上的点连起来使得观察者产生3D的错觉。可以这样说,在屏幕上显示3D的原理就是，2D+连接点=3D。至于如何连接点以及如何把3D图形的点映射到2D屏幕上，这与图形算法有关。

第二，2D转换3D的方法及其概念。  
Rendering(渲染),把数学和图形数据转换成3D空间图像的操作或指图像。

Transformaton(转换),把2D下的点连接，使得观察者产生3D的错觉。

Projection(投影),把3D坐标转换为2D屏幕坐标。

Rasterization(光栅化),绘制或填充每个定点之间的像素形成线段。在大多数渲染的情况下，我们并不使用线段，而是用实心三角形进行渲染。

Shading(着色)，改变顶点间的表面的颜色值。

Shader(着色器)，在图形硬件上执行的单独程序，用来处理顶点和执行光栅化。

Texture Mapping(纹理贴图),把图片贴到三角形或多边形上，使3D效果更加显著。

Blending(混合),把不同颜色混在一起。可以在一个图形中绘制另一个图形，使得效果真实。

上面渲染是整个过程，其他的都是在2D上显示3D的方法。可以这样说，3D几何体就是在2D平面上做顶点的连接，然后对三角形进行光栅化，如果要效果更逼真，就要进行着色、纹理、混合。

第三，关于2D和3D的坐标系。  
在2D下，采用的是笛卡尔坐标系，即x轴为水平方向，向右为正。y轴为垂直x轴，向上为正。关于如何，把逻辑坐标转换成物理屏幕像素坐标，可以通过坐标裁剪。有两种比较常见的坐标裁剪方法。一种是裁剪区域就是窗口内部最小和最大的x和y值。另一种就是根据窗口制定原点的位置。

Primitives(图元),一维或二维到的实体或表面。图元的每个角称为顶点(Vertex,复数Vertices)，这些顶点拥有坐标。

在3D下，笛卡尔坐标系多了一个z轴，z轴同时垂直于x轴和y轴，向外为正。

第四，3D坐标转换为2D坐标  
3D坐标转换为2D坐标，需要投影（Projection），投影分为正投影(Orthographic Projection)和透视投影(Perspectiv

e Projection)。投影后，在2D上窗口上显示得叫做视景体(Viewing Volume)。

最后，OpenGL超级宝典第一章告诉我们一个最基本也是最重要的话“创建实体3D几何图形就是一种连线游戏”。

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