游戏开发-图形渲染与动画-计算机图形学（OpenGL_DirectX）_计算机图形学在增强现实中的应用.docxVIP

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计算机图形学基础

1OpenGL与DirectX简介

OpenGL和DirectX是两种广泛使用的计算机图形学API，它们在游戏开发、虚拟现实、增强现实以及各种图形应用中扮演着核心角色。OpenGL是一个跨平台的、开放标准的图形库，由KhronosGroup维护，主要用于渲染2D和3D矢量图形。DirectX则是由微软开发的一系列多媒体API，主要用于Windows平台上的游戏和多媒体软件开发，其中Direct3D是用于3D图形渲染的部分。

1.1示例：OpenGL中的基本图形绘制

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//清除颜色缓冲区

glColor3f(1.0,0.0,0.0);//设置颜色为红色

glBegin(GL_TRIANGLES);//开始绘制三角形

glVertex2f(-0.5,-0.5);//第一个顶点

glVertex2f(0.5,-0.5);//第二个顶点

glVertex2f(0.0,0.5);//第三个顶点

glEnd();//结束绘制三角形

glFlush();//渲染缓冲区

}

intmain(intargc,char**argv){

glutInit(argc,argv);//初始化GLUT

glutCreateWindow(OpenGLExample);//创建窗口

glutDisplayFunc(display);//设置显示函数

glutMainLoop();//进入主循环

return0;

}

这段代码展示了如何使用OpenGL在窗口中绘制一个红色的三角形。glClear用于清除颜色缓冲区，glColor3f设置绘制颜色，glBegin和glEnd包围了顶点数据，glVertex2f定义了三角形的顶点。

2维空间与坐标系

在计算机图形学中，三维空间是通过三个坐标轴（X、Y、Z）来定义的，这与现实世界中的空间坐标系统相似。坐标系可以是右手坐标系或左手坐标系，这取决于API的默认设置。在OpenGL中，默认使用右手坐标系，而在DirectX中，默认使用左手坐标系。

2.1示例：OpenGL中的坐标变换

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glLoadIdentity();//重置当前矩阵为单位矩阵

glTranslatef(0.0,0.0,-5.0);//沿Z轴向后移动5个单位

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

glColor3f(1.0,0.0,0.0);

glutSolidSphere(1.0,20,16);//绘制一个红色的球体

glFlush();

}

intmain(intargc,char**argv){

glutInit(argc,argv);

glutCreateWindow(OpenGLCoordinateTransformation);

glutDisplayFunc(display);

glutMainLoop();

return0;

}

此代码示例展示了如何在OpenGL中使用坐标变换。glLoadIdentity重置矩阵，glTranslatef和glRotatef分别用于平移和旋转，最后glutSolidSphere用于绘制一个球体。

3图形管线与渲染流程

图形管线是处理和渲染3D图形的一系列步骤。它包括顶点处理、片段处理、纹理映射、光照计算等阶段。在OpenGL和DirectX中，图形管线的实现略有不同，但基本原理相似。

3.1示例：OpenGL中的图形管线

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);//启用顶点数组

glVertexPointer(3,GL_FLOAT,0,vertices);//设置顶点数据

glEnableClientState(GL_TEXTURE_C