游戏开发-图形渲染与动画-计算机图形学（OpenGL_DirectX）_三维图形绘制与变换.docxVIP

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计算机图形学基础

1维空间坐标系

在计算机图形学中，三维空间坐标系是描述三维图形位置和方向的基础。我们通常使用右手坐标系，其中X轴指向右，Y轴指向上，Z轴根据右手定则指向屏幕外。在OpenGL和DirectX中，坐标系的原点（0,0,0）通常位于屏幕的左下角或中心，具体取决于API的设置。

1.1示例代码：OpenGL中的坐标系变换

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glLoadIdentity();//重置当前矩阵为单位矩阵

//平移变换

glTranslatef(0.0,0.0,-5.0);//向Z轴负方向移动5个单位

//旋转变换

glRotatef(45.0,1.0,0.0,0.0);//绕X轴旋转45度

//缩放变换

glScalef(2.0,2.0,2.0);//沿X、Y、Z轴放大2倍

//绘制一个立方体

glutWireCube(1.0);

glFlush();

}

2向量与矩阵运算

向量和矩阵运算在三维图形学中至关重要，用于表示和操作空间中的点、方向和变换。向量可以表示为一个有序的数列，而矩阵则用于表示线性变换，如旋转、缩放和平移。

2.1示例代码：OpenGL中的向量与矩阵运算

#includeGL/glut.h

#includeglm/glm.hpp

#includeglm/gtc/matrix_transform.hpp

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glm::mat4modelMatrix=glm::mat4(1.0f);//创建一个4x4单位矩阵

//平移变换

glm::vec3translation(0.0f,0.0f,-5.0f);

modelMatrix=glm::translate(modelMatrix,translation);

//旋转变换

glm::vec3rotationAxis(1.0f,0.0f,0.0f);

floatrotationAngle=glm::radians(45.0f);

modelMatrix=glm::rotate(modelMatrix,rotationAngle,rotationAxis);

//缩放变换

glm::vec3scale(2.0f,2.0f,2.0f);

modelMatrix=glm::scale(modelMatrix,scale);

//应用变换矩阵

glPushMatrix();

glMultMatrixf(modelMatrix[0][0]);

glutWireCube(1.0);

glPopMatrix();

glFlush();

}

3光照模型与着色

光照模型描述了光源如何影响三维场景中的物体，而着色则决定了物体表面的颜色和质感。在OpenGL和DirectX中，光照模型通常包括环境光、漫反射和镜面反射。

3.1示例代码：OpenGL中的光照与着色

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

GLfloatlightPosition[]={0.0,0.0,5.0,1.0};//光源位置

GLfloatlightAmbient[]={0.2,0.2,0.2,1.0};//环境光颜色

GLfloatlightDiffuse[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//漫反射光颜色

GLfloatlightSpecular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//镜面反射光颜色

//启用光照

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_LIGHT0);

//设置光源属性

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,lightPosition);