Posted on 2008-10-23 22:02
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圖形學
OpenGL的管線（渲染流水線）
管線這個術語用于描述一種過程，它可能涉及兩個或更多個獨特的階段或步驟。下面的圖來自《OpenGL超級寶典》。
當應用程序中進行OpenGL API調用時，這些命令被放置在一個命令緩沖區(OpenGL Command Buffer)里。這個命令緩沖區最終填滿了命令、頂點數據、紋理數據等東西。當緩沖區被刷新時（或者由程序控制，或者由驅動程序的設計所決定），命令和數據就被傳送給管線的下一個環節。
通常，頂點數據首先進行轉換和光照(Transform and Lighting)。在轉換階段，描述物體幾何形狀的點被重新計算，以確定這個物體的位置和方向。同時所進行的光照計算將確定每個頂點應該具有的顏色亮度。
三維圖形是用圖元表示的，如點、線、面等，圖像是用像素表示的，當計算機生成的三維圖形要顯示在我們所看的到的屏幕上時，必須要進行一個轉換，即將圖形轉換成像素表示，這個過程就是光柵化(Rasterization)。
光柵化后，圖像被放入幀緩沖區(Frame buffer)中。幀緩沖區就是圖形顯示設備的內存，這意味著這幅圖像將會在屏幕上顯示。
圖中的箭頭表示有一些命令將會跳過轉換和光照階段，例如在屏幕上顯示原始圖像數據（顯示一副圖像）。
下面我們主要看轉換和光照這個環節，這個環節是一個數學計算密集型階段，是一系列矩陣變換。下圖是頂點轉換管線。
從原始的頂點數據通往屏幕坐標的路是相當漫長的。上圖提供了這個過程的流程圖，(x,y,z,w)為頂點坐標，w一般為1，(x,y,z,1)表示頂點坐標，(x,y,z,0)表示向量坐標。OpenGL中的矩陣變換都采用這種坐標表示方法，w是縮放因子，一般為1，很少需要修改。
把頂點與模型視圖矩陣相乘，產生經過轉換的視覺坐標。這個視覺坐標隨后與投影矩陣相乘，產生裁剪坐標，這就有效地消除了可視區之外的所有數據。使用透視投影時，我們需要加入透視出發(persective division)，它可以利用均勻坐標的一個屬性。然后，這個裁剪坐標隨后除以w坐標，產生規范化的設備坐標。最后，視口矩陣將可視區內的部分映射到一個“3D視口”上，即窗口坐標(Window coordinates)，這是一個2D平面。
其中，模型視圖矩陣將兩個效果結合在一起：應用到對象的建模變換順序，如平移、旋轉、縮放、剪切等，以及在空間中指定照相機的方向和位置的變換。盡管模型視圖矩陣是實際管道中的一個單矩陣，但也可以將它看成兩個矩陣的乘積：建模矩陣M和視圖矩陣V。首先應用建模矩陣，然后應用視圖矩陣，所以模型視圖矩陣實際上是VM的乘積。
OpenGL中的視圖
下面三個函數用于設置建模變換，可修改模型視圖矩陣，執行glMatrixMode(GL_MODEVIEW)之后才可使用它們：
glScaled(sx,sy,sz);
glTranslated(dx,dy,dz);
glRotated(angle,ux,uy,uz);照相機定位和瞄準：
gluLookAt(eyex,eyey,eyez,ax,ay,az,upx,upy,upz);
這個函數的說明與前面Directx中的LookAt函數的意思一樣。
投影方式設置：
glOrtho(left,right,bott,top,near,far);
glFrustum(left,right,bottom,top,near,far);
gluPerspective(fovy,aspect,near,far);
第一個用于設置平行投影，第二個和第三個用于設置透視投影。
視口變換：
glViewport(x,y,width,height)
參數X，Y指定了視圖區域的左下角在窗口中的位置，一般情況下為（0，0），Width和Height指定了視見區域的寬度和高度。一般設置為窗口的Width和Height。