OpenGL以像素为单位定义顶点位置

Question

我一直在用 OpenGL/C++ 编写一个 2D 基本游戏引擎，并在学习过程中学习一切。我仍然对定义顶点及其“位置”感到困惑。也就是我还在尝试理解OpenGL的顶点到像素的转换机制。是否可以简要解释一下，或者有人可以指出一篇文章或可以解释这一点的东西。谢谢！

Answer 1

这是您最喜欢的 OpenGL 学习资源应该首先教给您的相当基本的知识。但无论如何标准的OpenGL管道如下：

1. 顶点位置从对象空间（某个对象的局部）转换到世界空间（相对于某个全局坐标系）。此转换指定您的对象（顶点所属的）在世界中的位置

2. 现在世界空间位置转换为相机/视图空间。这种变换由您看到场景的虚拟相机的位置和方向决定。在 OpenGL 中，这两种转换实际上合二为一，即模型视图矩阵，它直接将您的顶点从对象空间转换到视图空间。

3. 接下来应用投影变换。模型视图变换应该只包含仿射变换（旋转、平移、缩放），而投影变换可以是透视变换，它基本上会扭曲对象以实现真实的透视图（越远的对象越小）。但是在您的 2D 视图的情况下，它可能是一个正交投影，它只不过是平移和缩放。这种变换在 OpenGL 中由投影矩阵表示。

4. 在这 3 次（或 2 次）变换之后（然后通过 w 分量进行透视除法，这实际上实现了透视失真，如果有的话），您拥有的是标准化的设备坐标。这意味着在这些转换之后，可见对象的坐标应该在[-1,1] 范围内。超出此范围的所有内容都将被剪掉。

5. 在最后一步中，应用视口变换并将坐标从 [-1,1] 范围变换到 [0,w]x[0,h]x[0,1] 立方体（假设调用了 glViewport(0, w, 0, h)），这是顶点在帧缓冲区，因此它的像素坐标。

使用顶点着色器时，步骤 1 到 3 实际上是在着色器中完成的，因此可以以任何您喜欢的方式完成，但通常也符合此标准模型视图 -> 投影管道。

要记住的主要事情是，在模型视图和投影变换后，坐标在[-1,1] 范围之外的每个顶点都将被剪掉。所以[-1,1]-box 在这两个转换之后确定了你的可见场景。

因此，根据您的问题，我假设您想使用以像素为单位的 2D 坐标系来进行顶点坐标和转换？在这种情况下，最好使用glOrtho(0.0, w, 0.0, h, -1.0, 1.0) 来完成，w 和h 是视口的尺寸。这基本上抵消了视口转换，因此将您的顶点从[0,w]x[0,h]x[-1,1]-box 转换为[-1,1]-box，然后视口转换又转换回[0,w]x[0,h]x[0,1]-box。

这些都是相当笼统的解释，没有提到实际的变换是通过矩阵向量乘法完成的，也没有谈论齐次坐标，但它们应该已经解释了要点。这个documentation of gluProject 也可能会给你一些见解，因为它实际上为单个顶点的转换管道建模。但在本文档中，他们实际上忘记在 v' = P x M x v 步骤之后提及 w 组件 (v" = v' / v'(3)) 的除法。

编辑：不要忘记查看 epatel 的答案中的first link，它更实用、更详细地解释了转换管道。

Answer 2

这叫转型。

顶点设置在 3D 坐标中，该坐标被转换为视口坐标（进入您的窗口视图）。可以以各种方式设置此转换。作为初学者，正交变换是最容易理解的。

http://www.songho.ca/opengl/gl_transform.html

http://www.opengl.org/wiki/Vertex_Transformation

http://www.falloutsoftware.com/tutorials/gl/gl5.htm

Answer 3

首先要知道 OpenGL 不使用标准像素坐标。我的意思是针对特定的分辨率，即。 800x600 你没有水平坐标在 0-799 或 1-800 范围内逐一递增。您宁愿将范围从 -1 到 1 的坐标发送到图形卡光栅化单元，然后再匹配特定的分辨率。

我在这里省略了一个步骤 - 在所有之前你有一个 ModelViewProjection 矩阵（或在某些简单情况下的 viewProjection 矩阵），在这之前所有这些都会将你使用的坐标投射到投影平面上。默认使用的是实现一个相机，它可以转换世界的 3D 空间（View 用于将相机放置到正确的位置，Projection 用于将 3d 坐标投射到屏幕平面。在 ModelViewProjection 中，它也是将模型放置到世界中正确位置的步骤）。

另一种情况（您可以通过这种方式使用投影矩阵来实现您想要的效果）是使用这些矩阵将一个分辨率范围转换为另一个分辨率。

你需要一个技巧。如果你想认真一点，你应该阅读 openGL 中的 modelViewProjection 矩阵和相机。但是现在我会告诉你，使用适当的矩阵，你可以将自己的坐标系（即使用水平 0-799 和垂直 0-599 的范围）转换为标准化的 -1:1 范围。这样你就不会看到底层的 openGL api 使用他自己的 -1 to 1 系统。

实现这一点的最简单方法是 glOrtho 函数。这是文档的链接： http://www.opengl.org/sdk/docs/man/xhtml/glOrtho.xml

这是正确使用的示例： glMatrixMode (GL_PROJECTION) glLoadIdentity(); glOrtho (0, 800, 600, 0, 0, 1) glMatrixMode (GL_MODELVIEW)

现在您可以使用自己的模型视图矩阵，即。用于平移（移动）对象，但不要触摸您的投影示例。此代码应在任何绘图命令之前执行。 （如果你不使用 3d 图形，实际上可以在初始化 opengl 之后）。

这是一个工作示例：http://nehe.gamedev.net/tutorial/2d_texture_font/18002/

只画你的数字而不是画文字。还有另一件事 - glPushMatrix 和 glPopMatrix 用于选择矩阵（在本示例中的投影矩阵） - 在将 3d 与 2d 渲染相结合之前，您不会使用它。

您仍然可以使用模型矩阵（即用于在世界某处放置图块）和视图矩阵（例如用于缩放视图或滚动世界 - 在这种情况下，您的世界可能大于分辨率，您可以裁剪视图通过简单的翻译）

查看我的答案后，我发现它有点混乱，但如果您感到困惑 - 只需阅读有关模型、视图和投影矩阵的内容并尝试使用 glOrtho 的示例。如果您仍然感到困惑，请随时询问。

Answer 4

MSDN 有一个很棒的explanation。它可能在 DirectX 方面，但 OpenGL 或多或少是相同的。

Answer 5

Google 用于“opengl 渲染管道”。前五篇文章都提供了很好的阐述。

从顶点到像素（实际上是片段，但如果您认为“像素”不会离您太远）的关键过渡处于光栅化阶段，该阶段发生在所有顶点已从世界坐标转换为屏幕坐标和剪辑。