Posted on 2008-10-23 22:02
千張 閱讀(1444)
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圖形學(xué)
OpenGL的管線（渲染流水線）
管線這個(gè)術(shù)語(yǔ)用于描述一種過(guò)程，它可能涉及兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)特的階段或步驟。下面的圖來(lái)自《OpenGL超級(jí)寶典》。
當(dāng)應(yīng)用程序中進(jìn)行OpenGL API調(diào)用時(shí)，這些命令被放置在一個(gè)命令緩沖區(qū)(OpenGL Command Buffer)里。這個(gè)命令緩沖區(qū)最終填滿了命令、頂點(diǎn)數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)等東西。當(dāng)緩沖區(qū)被刷新時(shí)（或者由程序控制，或者由驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)所決定），命令和數(shù)據(jù)就被傳送給管線的下一個(gè)環(huán)節(jié)。
通常，頂點(diǎn)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行轉(zhuǎn)換和光照(Transform and Lighting)。在轉(zhuǎn)換階段，描述物體幾何形狀的點(diǎn)被重新計(jì)算，以確定這個(gè)物體的位置和方向。同時(shí)所進(jìn)行的光照計(jì)算將確定每個(gè)頂點(diǎn)應(yīng)該具有的顏色亮度。
三維圖形是用圖元表示的，如點(diǎn)、線、面等，圖像是用像素表示的，當(dāng)計(jì)算機(jī)生成的三維圖形要顯示在我們所看的到的屏幕上時(shí)，必須要進(jìn)行一個(gè)轉(zhuǎn)換，即將圖形轉(zhuǎn)換成像素表示，這個(gè)過(guò)程就是光柵化(Rasterization)。
光柵化后，圖像被放入幀緩沖區(qū)(Frame buffer)中。幀緩沖區(qū)就是圖形顯示設(shè)備的內(nèi)存，這意味著這幅圖像將會(huì)在屏幕上顯示。
圖中的箭頭表示有一些命令將會(huì)跳過(guò)轉(zhuǎn)換和光照階段，例如在屏幕上顯示原始圖像數(shù)據(jù)（顯示一副圖像）。
下面我們主要看轉(zhuǎn)換和光照這個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算密集型階段，是一系列矩陣變換。下圖是頂點(diǎn)轉(zhuǎn)換管線。
從原始的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)通往屏幕坐標(biāo)的路是相當(dāng)漫長(zhǎng)的。上圖提供了這個(gè)過(guò)程的流程圖，(x,y,z,w)為頂點(diǎn)坐標(biāo)，w一般為1，(x,y,z,1)表示頂點(diǎn)坐標(biāo)，(x,y,z,0)表示向量坐標(biāo)。OpenGL中的矩陣變換都采用這種坐標(biāo)表示方法，w是縮放因子，一般為1，很少需要修改。
把頂點(diǎn)與模型視圖矩陣相乘，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的視覺坐標(biāo)。這個(gè)視覺坐標(biāo)隨后與投影矩陣相乘，產(chǎn)生裁剪坐標(biāo)，這就有效地消除了可視區(qū)之外的所有數(shù)據(jù)。使用透視投影時(shí)，我們需要加入透視出發(fā)(persective division)，它可以利用均勻坐標(biāo)的一個(gè)屬性。然后，這個(gè)裁剪坐標(biāo)隨后除以w坐標(biāo)，產(chǎn)生規(guī)范化的設(shè)備坐標(biāo)。最后，視口矩陣將可視區(qū)內(nèi)的部分映射到一個(gè)“3D視口”上，即窗口坐標(biāo)(Window coordinates)，這是一個(gè)2D平面。
其中，模型視圖矩陣將兩個(gè)效果結(jié)合在一起：應(yīng)用到對(duì)象的建模變換順序，如平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、剪切等，以及在空間中指定照相機(jī)的方向和位置的變換。盡管模型視圖矩陣是實(shí)際管道中的一個(gè)單矩陣，但也可以將它看成兩個(gè)矩陣的乘積：建模矩陣M和視圖矩陣V。首先應(yīng)用建模矩陣，然后應(yīng)用視圖矩陣，所以模型視圖矩陣實(shí)際上是VM的乘積。
OpenGL中的視圖
下面三個(gè)函數(shù)用于設(shè)置建模變換，可修改模型視圖矩陣，執(zhí)行g(shù)lMatrixMode(GL_MODEVIEW)之后才可使用它們：
glScaled(sx,sy,sz);
glTranslated(dx,dy,dz);
glRotated(angle,ux,uy,uz);照相機(jī)定位和瞄準(zhǔn)：
gluLookAt(eyex,eyey,eyez,ax,ay,az,upx,upy,upz);
這個(gè)函數(shù)的說(shuō)明與前面Directx中的LookAt函數(shù)的意思一樣。
投影方式設(shè)置：
glOrtho(left,right,bott,top,near,far);
glFrustum(left,right,bottom,top,near,far);
gluPerspective(fovy,aspect,near,far);
第一個(gè)用于設(shè)置平行投影，第二個(gè)和第三個(gè)用于設(shè)置透視投影。
視口變換：
glViewport(x,y,width,height)
參數(shù)X，Y指定了視圖區(qū)域的左下角在窗口中的位置，一般情況下為（0，0），Width和Height指定了視見區(qū)域的寬度和高度。一般設(shè)置為窗口的Width和Height。