视角

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坐标体系

在现实世界中,所有的物体都具有三维特征,但计算机本身只能处理数字,显示二维的图形,将三维物体及二维数据联系在一起的唯一纽带就是坐标。为了使被显示的三维物体数字化,要在被显示的物体所在的空间中定义一个坐标系。这个坐标系的长度单位和坐标轴的方向要适合对被显示物体的描述,这个坐标系称为世界坐标系。世界坐标系是始终固定不变的。EnviFusion中还定义了局部坐标系的概念,所谓局部坐标系,也就是坐标系以物体的中心为坐标原点,物体的旋转或平移等操作都是围绕局部坐标系进行的,这时,当物体模型进行旋转或平移等操作时,局部坐标系也执行相应的旋转或平移操作。需要注意的是,如果对物体模型进行缩放操作,则局部坐标系也要进行相应的缩放,如果缩放比例在案各坐标轴上不同,那么再经过旋转操作后,局部坐标轴之间可能不再相互垂直。

计算机对数字化的显示物体作了加工处理后,要在图形显示器上显示,这就要在图形显示器屏幕上定义一个二维直角坐标系,这个坐标系称为屏幕坐标系。这个坐标系坐标轴的方向通常取成平行于屏幕的边缘,坐标原点取在左下角,长度单位常取成一个像素。为了说明在三维物体到二维图象之间,需要经过什么样的变换,EnviFusion中引入了相机模拟的方式,假定用相机来拍摄图层中的三维物体,那么在相机的取景器中,就存在人眼和现实世界之间的一个变换过程。

 

视点变换

在拍照的时候,我们首先要将相机置于三角架上,让它对准三维场景。在EnviFusion中调整视点的位置就像是放置相机一样,我们称之为视点变换。视点变换确定了场景中物体的视点(即相机)的位置和方向,让相机对准要拍摄的物体。所谓视点变换,即是指用户可以交互调整相机的位置。

 

模型变换

在拍照时,除移动相机外,可以保持相机的固定位置,对物体进行变换,这在EnviFusion中称为模型变换。显示位置与当前的绘图坐标系密切相关,因为物体总是在当前的绘图坐标系中进行绘制的,因此实际上模型变换可以说就是对当前绘图坐标系位置的变换,这一变换是在世界坐标系下进行的。 具体来说,模型变换包含三种形式:

     1、模型平移:用指定的x,y,z值沿着(世界坐标系的)x轴、y轴、z轴移动绘图坐标系(也即是按照相同的量值平移物体)。

     2、模型旋转:以世界坐标系下的原点(0,0,0)到点(x,y,z)的连线为轴线逆时针旋转绘图坐标系。

     3、模型缩放:对物体沿着x,y,z轴分别进行放大缩小。

 

投影变换

透视投影符合人们心理习惯,即离视点近的物体大,离视点远的物体小,远到极点即为消失,成为灭点。它的视景体类似于一个顶部和底部都被进行切割过的棱椎,也就是棱台,如下图所示。这个投影通常用于动画、视觉仿真以及其它许多具有真实性反映的方面。

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视图变换

在计算机图形学中,视图变换就是将经过几何变换、投影变换和裁剪变换后的物体显示于屏幕窗口内指定的区域内,这个区域通常为矩形,称为视图。

通过上面的几个步骤,一个三维空间里的物体就可以用相应的二维平面物体绘制表示了,也就能在二维的电脑屏幕上正确显示了。总的来说,三维物体的显示过程如下:

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