河南理工大学计算机图形学6章三维观察详解.ppt

第6章 三维观察 观察变换实质： 1 观察变换是从一个坐标系到另一个坐标系的变换； 2 需要建立让两个坐标系统重合对齐的变换矩阵。 1）建立将新坐标原点到其它坐标原点位置的变换； 2）建立关于轴的系列变换； 3）如果两个坐标系统使用不同比例，则需要一个缩放变换来补偿坐标区间中的差别。 是用来指定观察位置及投影平面位置(即视图)。 景物中的世界坐标首先转变成观察坐标； 然后，观察坐标投影到观察平面上。 1）投影平面(观察平面)垂直于观察轴， 可看成景物拍摄中已定位及定向的胶片平面。 2）观察坐标与观察平面间有一定距离， 犹如镜头至胶片间有距离一样。 3）观察方向为垂直于观察平面的方向N ： 与坐标轴平行；甚至与世界坐标系重合； 任意方向。 首先，挑选一个世界坐标点为观察参考点P0，此点是观察坐标系的原点。 通常，选靠近或在景物某物体中的点； ★ 该点可看成是照相机对物体的拍照点； 也可选离被显示物体前有一段距离的点。 ★ 此点可看成是相机所在位置。 第4章―*/33 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 第6章 三维观察 本章内容： §6.1 三维观察流水线 §6.2 观察变换 §6.3 投影变换 §6.4 三维裁剪 §6.5 编程实例 §6.1 三维观察流水线 三维景物视图生成一般处理步骤为： 1 将在建模坐标系中建立的景物模型转换到世界坐标系中，再转变到观察坐标系； 1) 建模过程主要涉及三维几何变换； 2) 观察坐标系由用户根据应用需要设定； 3)物体由WC中的经观察变换转换到VC中。 2 将景物的VC描述变换到投影平面的坐标位置； 3 将其映射到输出设备 1）在观察范围以外的物体部分被裁剪； 2）物体经消隐处理和表面绘制程序处理后显示在设备视区。 建模变换 观察坐标定义 平面几何投影 观察变换 投影变换 规范化变换 三 维 观 察流程 三维观察流程本质上是坐标系的变换 消隐处理 三维裁剪 纹理映射 §6.2 观察变换 1 建立观察坐标系（观察参考坐标系） X Y Z P0 P0 Xv Yv Zv P0 Xv Yv Zv 2 世界坐标系到观察坐标系的变换 z x y O Os x s y s z s x p y p z p Op P θ ①世界坐标系 ③投影屏幕坐标系 ②观察坐标系 ① 原点到视点的平移变换 ② 绕z1轴的旋转变换 ③ 绕x2轴的旋转变换 ④ 关于y3O3z3面的反射变换 变换过程： 有四步。 1 投影的定义 投影：是将n维的点变换咸小于n维的点。 或：(对三维)通过光线照射，把空间物体投射到平面上，产生平面图形。 投影组成：投影中心、实体、投影线、投影面、投影。 投影的种类：中心投影、平行投影(斜投影、正投影)。 § 6.3 投影变换 2 投影图的分类： 投影图：按投影生成的方法绘制工程图样。 工程常用：三视图、正等侧图、斜二侧图等。 主视图 俯视图 左视图 正等侧 正二侧 正三侧 投影 正投影 正轴侧 斜等侧 斜二侧 斜三侧 一点透视 二点透视 三点透视 正平行投影 斜平行投影 平行投影 中心投影 水平斜二侧 正面斜二侧 侧面斜二侧 工程常用图形 3 投影的形成矩阵 将形体沿着投影方向压缩到投影面上，压缩变换。 特点： 1）在投影方向上，形体上所有点的坐标变为相同； 2）在非投影方向上，形体上所有点的坐标不变。 变换矩阵：(向xoy坐标面压缩) 1 0 0 0 T= 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 x y z o 压向坐标面不变，垂直坐标为0 4 三视图的变换矩阵 (1) 主视图形成矩阵 将形体投影沿着y轴负方向压缩到y=0的平面， 变换矩阵： 1 0 0 0 Tv= 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 x y z （2） 俯视图形成矩阵 将形体投影沿着z负轴方向压缩到z=0的平面，然后使图形绕x轴旋转-90度，在沿着z-方向平移距离n : x y z y x z y n m cosa sina 0 0 -sina cosa 0 0 T2= 0 0 0 0 0 0 0 1 绕z轴旋转90度 向xoy坐标面压缩 1 0 0 0 T= 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 T2= 0 co