Space、Projection、View

程序运行效果

空间 Space ?

在电脑中，空间就是某种坐标系！
Space = Coordinate

公式：

V_clip = M_projection ⋅ M_view ⋅ M_model ⋅ V_local

V: Vector、 M: Matrix、local: Vertex
反方向(右到左)看过来：
local代表本地的顶点数据---->
---->经由Model Matrix转换得到---->
---->[World Space世界空间] ？坐标系的转换！---->

而得到的世界空间的坐标系我们---->
---->经由View Matrix转换得到---->
---->[View Space观察空间] ? (可以是Camera摄像机) ---->

而得到的观察空间坐标系我们---->
---->经由Projection Matrix转换得到---->
---->[Clip Space剪裁空间] ？ (空间很大，但屏幕有限，so…) ---->

---->经由Viewport Transform视口变换 ---->
----> [Screen Space显示器屏幕(2D)]

(学习OpenGL或者Direct3D，我们可以先不要关注线性代数、离散数学等内容，可以先将流程与代码搞清楚就好…)
dont ask why，first how to do!

shader 代码：

#version xxx xxx
layout (location = n) in vec3 vert;uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;void main()
{gl_Position = projection * view * model * vec4(vert, 1.0f);
}

注意：矩阵以及向量相乘的这个顺序不能改变！

投影、视角

代码：

// projection投影矩阵：角度(45度) 视野FOV(Field of View)、宽高比、NearPlane近平面、FarPlane远平面
glm::mat4 proj = glm::mat4(1.0f);
proj = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)800/(float)600, near, far);
ourShader.setMat4("proj", proj);glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
view = glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));
ourShader.setMat4("view", view);

glm::perspective(fov, aspect-ratio, near-plane, far-plane);

透视投影：（视锥、可视空间的大平截头体）

参数	描述
fov	field of view 视野
aspect-ratio	宽高比
near-plane	近平面
far-plane	远平面

FOV这个参数其实玩过摄影的哥们，我说相机镜头的焦段的话，应该很容以就理解了。
我们人类眼睛的焦段通常为：45~55mm，人像头通常为：85mm，而大小三元头中的长焦头通常为：70-200mm，广角：18-28mm，超广角：12-14mm。

说这个，仅为我个人举个简单的例子，镜头的焦段，我们可以理解为镜头的FOV，也就是镜头的视野。
镜头是焦段越小，视野越广，所以超广角通常都是14mm以内。而焦段越长，视野越小，但是与目标成像距离越近（望远镜）所以拍摄远处的特写，例如飞鸟，野生动物，往往200mm焦段的镜头都不够用，400mm以上的大炮随处见！

广角人像效果（我自己西藏自驾游时拍的）：

对于镜头来说，可视角度越大，画面的透视越严重。这个原理也适用3D渲染。
可可西里的那张就是14mm拍摄，羊卓雍错第3张是70-200mm的镜头，而布达拉宫第一张是14-28mm拍摄，焦段应该是28mm。

所以我们在传入FOV参数的时候：
fov角度的变化代表我们摄像机镜头焦段的变化。可以拉近拉远。

宽高比，决定了视野剪裁，毕竟我们渲染的内容最终要呈现到屏幕。

近/远平面的范围，我们可以理解为可视的范围，现实中，镜头成像的内容是模拟量，转数字量（采样）细节越小，越看不清。但哪怕是几十公里外的内容也能被拍摄到，至少不清晰。
但在3D渲染中，这个范围外的内容实会被剪裁掉。也就是只显示近/远平面的范围内的内容。
用过maya、3dsmax、softimage这类3D艺术软件的朋友如果接触过超大场景组装的话会发现，通常摄像机的参数中，near会调节到最小，而far会调节到最大，否则软件中也会出现剪裁象形。即超出这个范围的将不可见。

正交投影与透视投影：

// projection投影矩阵：角度(45度) 视野FOV(Field of View)、宽高比、NearPlane近平面、FarPlane远平面
glm::mat4 proj = glm::mat4(1.0f);
proj = glm::perspective(glm::radians(45.0f), (float)800/(float)600, near, far);
ourShader.setMat4("proj", proj);glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
view = glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));
ourShader.setMat4("view", view);// 渲染容器
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
glBindVertexArray(VAO);
// glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
// glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);for (unsigned int i = 0; i < 10; i++)
{// transform 就是Model Matrixglm::mat4 transform = glm::mat4(1.0f);transform = move(transform,cubePositions[i].x,cubePositions[i].y,cubePositions[i].z);GLfloat angle = 20.0f * i;if (i % 3 == 0){transform = rotate(transform, (GLfloat)glfwGetTime(), 1.0f, 0.3f, 0.5f);}else{transform = rotate(transform, glm::radians(angle) * (GLfloat)glfwGetTime(), 5.0f, 1.0f, 2.0f);}ourShader.setMat4("transform", transform);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
}

Shader Program Code:

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
// layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 1) in vec2 aTexCoord;out vec3 ourColor;
out vec2 TexCoord;uniform mat4 transform;
uniform mat4 view;
uniform mat4 proj;void main()
{// transform = model(matrix)gl_Position = proj * view * transform * vec4(aPos, 1.0f);// ourColor = aColor;TexCoord = vec2(aTexCoord.x, aTexCoord.y);
}

全部代码：

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