Posted on 2008-10-23 22:02
千张 阅读(1399)
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图形学
OpenGL的管线（渲染流水线）
管线这个术语用于描述一种过程，它可能涉及两个或更多个独特的阶段或步骤。下面的图来自《OpenGL超级宝典》。
当应用程序中进行OpenGL API调用时，这些命令被放置在一个命令缓冲区(OpenGL Command Buffer)里。这个命令缓冲区最终填满了命令、顶点数据、纹理数据等东西。当缓冲区被刷新时（或者由程序控制，或者由驱动程序的设计所决定），命令和数据就被传送给管线的下一个环节。
通常，顶点数据首先进行转换和光照(Transform and Lighting)。在转换阶段，描述物体几何形状的点被重新计算，以确定这个物体的位置和方向。同时所进行的光照计算将确定每个顶点应该具有的颜色亮度。
三维图形是用图元表示的，如点、线、面等，图像是用像素表示的，当计算机生成的三维图形要显示在我们所看的到的屏幕上时，必须要进行一个转换，即将图形转换成像素表示，这个过程就是光栅化(Rasterization)。
光栅化后，图像被放入帧缓冲区(Frame buffer)中。帧缓冲区就是图形显示设备的内存，这意味着这幅图像将会在屏幕上显示。
图中的箭头表示有一些命令将会跳过转换和光照阶段，例如在屏幕上显示原始图像数据（显示一副图像）。
下面我们主要看转换和光照这个环节，这个环节是一个数学计算密集型阶段，是一系列矩阵变换。下图是顶点转换管线。
从原始的顶点数据通往屏幕坐标的路是相当漫长的。上图提供了这个过程的流程图，(x,y,z,w)为顶点坐标，w一般为1，(x,y,z,1)表示顶点坐标，(x,y,z,0)表示向量坐标。OpenGL中的矩阵变换都采用这种坐标表示方法，w是缩放因子，一般为1，很少需要修改。
把顶点与模型视图矩阵相乘，产生经过转换的视觉坐标。这个视觉坐标随后与投影矩阵相乘，产生裁剪坐标，这就有效地消除了可视区之外的所有数据。使用透视投影时，我们需要加入透视出发(persective division)，它可以利用均匀坐标的一个属性。然后，这个裁剪坐标随后除以w坐标，产生规范化的设备坐标。最后，视口矩阵将可视区内的部分映射到一个“3D视口”上，即窗口坐标(Window coordinates)，这是一个2D平面。
其中，模型视图矩阵将两个效果结合在一起：应用到对象的建模变换顺序，如平移、旋转、缩放、剪切等，以及在空间中指定照相机的方向和位置的变换。尽管模型视图矩阵是实际管道中的一个单矩阵，但也可以将它看成两个矩阵的乘积：建模矩阵M和视图矩阵V。首先应用建模矩阵，然后应用视图矩阵，所以模型视图矩阵实际上是VM的乘积。
OpenGL中的视图
下面三个函数用于设置建模变换，可修改模型视图矩阵，执行glMatrixMode(GL_MODEVIEW)之后才可使用它们：
glScaled(sx,sy,sz);
glTranslated(dx,dy,dz);
glRotated(angle,ux,uy,uz);照相机定位和瞄准：
gluLookAt(eyex,eyey,eyez,ax,ay,az,upx,upy,upz);
这个函数的说明与前面Directx中的LookAt函数的意思一样。
投影方式设置：
glOrtho(left,right,bott,top,near,far);
glFrustum(left,right,bottom,top,near,far);
gluPerspective(fovy,aspect,near,far);
第一个用于设置平行投影，第二个和第三个用于设置透视投影。
视口变换：
glViewport(x,y,width,height)
参数X，Y指定了视图区域的左下角在窗口中的位置，一般情况下为（0，0），Width和Height指定了视见区域的宽度和高度。一般设置为窗口的Width和Height。