OpenGL学习——基本概念和坐标变换

基本概念

基本功能：几何图形、变换、着色、光照、贴图

高级功能：曲面图元、光栅操作、景深、shader编程

 

状态机

先设置状态参数：多边形、顶点列表、填充颜色、纹理、混合模式、坐标系

再调用绘图指令

如果没有设置新参数，会一直用当前的状态来绘图，所以是有状态的

 

OpenGL可以分为客户端和服务端，客户端可以是cpu或主机，服务端是gpu或另一台主机

客户端发送绘图指令，服务端负责绘制渲染，尽量在客户端完成工作，只发送必要数据到服务端，减少传输压力

 

开启/关闭绘图特性

 

GL_APICALL void GL_APIENTRY glEnable(GLenum cap); // 开启一个状态

GL_APICALL void GL_APIENTRY glDisable(GLenum cap); // 关闭一个状态

 

类型GLenum表示OpenGL状态量

全部状态列表定义在gl2.h中

可以开启若干状态来实现特定的绘图效果，之后禁止掉这些状态

比如，剪裁渲染区域需要设置GL_SCISSOR_TEST状态

 

OpenGL使用右手三维坐标系：屏幕左下角是原点，从原点开始：向右是x正向，向上是y正向，向屏幕对面是z正向

利用坐标描述图形的形状，把形状交给OpenGL来绘制

OpenGL负责把三维空间中的对象通过投影（投影可以粗略想象成光照一个物体，在墙上显示出来的影子）、光栅化（？）转换为二维图像，然后显示在屏幕上

在二维引擎中，z坐标只用来控制游戏元素的前后顺序

 

cocos2dx绘制精灵

1.根据精灵的位置创建矩形

2.在OpenGL中设置矩形的顶点以及纹理

3.绘制图形，显示在屏幕上

 

OpenGL初始的坐标系是世界坐标系

绘图坐标系在初始化时和世界坐标系相同

但是可以通过变换函数（平移、旋转、缩放）来改变绘图坐标系

图形绘制在绘图坐标系中，因此平移图形不用改变每个顶点，只用改变绘图坐标系即可

绘制不同位置的不同物体也可以通过改变绘图坐标系来实现

 

渲染流水线过程：

显示列表、求值器、顶点装配、像素操作、纹理装配、光栅化、片段操作

OpenGL ES 1.0 固定渲染管线 每一个步骤的操作是固定的，只能使用OpenGL提供的渲染模型

OpenGL ES 2.0 可编程着色器shader 可以作为渲染管线中一些部分的替代品 自定义渲染效果

自由控制顶点和片段处理采用的算法

shader包含顶点着色器（顶点的几何变换和光照计算）和片段着色器（处理光栅化得到的像素及纹理）

 

draw可以分为3个部分：数据部分、初始化纹理、绘图，从而绘制一个带纹理的矩形

也可以通过三角形带来绘制 triangle stripe 参考

 

数据部分：设置三角形带（矩形）的顶点坐标、纹理坐标、顶点颜色

初始化纹理：从文件中加载纹理到内存，用纹理的属性设置上述纹理坐标中的4个顶点

绘制图片：绑定纹理、设置顶点数组、绘图

 

绑定纹理：把一个曾经载入的纹理当作当前纹理，以后绘制出的多边形都使用此纹理

设置顶点数组：把上述顶点坐标、纹理坐标、顶点颜色设置进OpenGL中

绘图：glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4); 参数：绘图模式、起始顶点下标、顶点数量

 

坐标变换

 

OpenGL对顶点的处理：接受顶点数据、投影、得到变换后的顶点数据

顶点变换过程：

1.设置绘图坐标系

2.传入顶点数据（相对于世界坐标系）

3.OpenGL通过计算把顶点映射到世界坐标系

4.把世界坐标系中的点通过投影变换为可视平面上的点

 

用向量表示坐标，矩阵表示变换形式，变换后的顶点坐标可以用向量与矩阵的乘法表示

 

为了利用矩阵乘法对点进行平移，需要用齐次坐标来表示顶点

齐次坐标系中每一个点的维度比顶点维度多1，多的这个维度其值为1

比如三维顶点(x,y,z)在齐次坐标系中的向量是(x,y,z,1)

 

常见的变换：平移、旋转、缩放

平移矩阵

其中(tx,ty,tz)为平移的方向向量

用平移矩阵坐乘顶点列向量，即得平移后的顶点列向量

比如：把点(1.2,5,10)平移(6,5,4)，则

假如要对点p依次进行缩放、平移、缩放、旋转操作

先构造其变换矩阵：S1,T,S2,R

则变换后的p’=S1*T*S2*R*p

 

OpenGL维护一个绘图矩阵，表示当前的绘图坐标系

初始化时，绘图矩阵是单位矩阵M=I

变换后，绘图矩阵变为M=S1*T*S2*R，表示一个绘图坐标系

所以，p是绘图坐标系上的点，绘图矩阵是M，则p在世界坐标系的坐标是p’=M*p

所以坐标变换实际上是绘图矩阵的变换

 

对一个图形变换，就是变换绘图矩阵，OpenGL ES 2.0 用Kazmath如下

kmGLScalef(0.8f, 0.8f, 0.8f); // 乘上缩放矩阵

kmGLTranslatef(1.0f, 2.0f, 3.0f); // 乘上平移矩阵

kmGLRotatef(2.5f, 2.5f, 2.5f); // 乘上旋转矩阵

DrawObject(); // 绘制任意图形