OpenGL学习--变换

使用矩阵对象更好的变换一个物体

1. 向量

1)方向+大小,单位向量:长度为1
2) 位置向量
设置原点,对应原点的位置
3)向量与标量运算
标量只有大小
两者可以加减乘除(+ - · ÷)注意-和÷运算时不能颠倒(标量-/÷向量),因为颠倒的运算是没有定义的
4)向量取反
对一个向量取反会将其方向逆转,加-号即可
5)向量加减
向量的加法可以被定义为是分量的相加,将一个向量中的每一个分量加上另一个向量的对应分量
两个向量的相减会得到这两个向量指向位置的差
6)长度(用勾股定理)
向量的标准化——单位向量,单位向量头上有一个^样子的记号。在只关心方向不关心长度的时候很有用。
7)向量相乘
(1)点乘:数乘结果✖️两个向量之间夹角的余弦值,判断两个向量是否正交或平行。
(2)叉乘:叉乘只在3D空间中有定义,它需要两个不平行向量作为输入,生成一个正交于两个输入向量的第三个向量。如果输入的两个向量也是正交的,那么叉乘之后将会产生3个互相正交的向量。

叉乘公式
2. 矩阵

1)矩阵的元素
2)矩阵的加减:矩阵与标量之间的加减是矩阵的每一个元素分别加减该标量。
3)矩阵的数乘:矩阵与标量之间的乘法是矩阵的每一个元素分别乘法该标量。实现了缩放,标量为缩放的大小。
4)矩阵相乘
注意:(1)只有当左侧矩阵的列数与右侧矩阵的行数相等,两个矩阵才能相乘。
(2)矩阵相乘不遵守交换律(Commutative),也就是说A⋅B≠B⋅A。
5)矩阵与向量相乘
6)单位矩阵:单位矩阵是一个除了对角线以外都是0的N×N矩阵。
7)缩放
(1)不均匀缩放:每个轴的缩放因子不一样。
(2)均匀缩放:每个轴的缩放因子一样。
8)位移
位移是在原始向量基础上加另一个向量从而获得一个在不同位置的新向量的过程,从而在位移向量的基础上移动了原始向量。位移向量表示为(Tx,Ty,Tz),位移矩阵可以定义为:

位移矩阵

9)齐次坐标
向量的w分量也叫齐次坐标,想要从齐次向量得到3D向量,我们可以把x、y和z坐标分别除以w坐标。我们通常不会注意这个问题,因为w分量通常是1.0。
使用齐次坐标有几点好处:它允许我们在3D向量上进行位移(如果没有w分量我们是不能位移向量的),而且下一章我们会用w值创建3D视觉效果。
如果一个向量的齐次坐标是0,这个坐标就是方向向量(Direction Vector),因为w坐标是0,这个向量就不能位移。
10)旋转
2D或3D空间中的旋转用角(Angle)来表示。
弧度转角度:角度 = 弧度 * (180.0f / PI),角度转弧度:弧度 = 角度 * (PI / 180.0f),PI约等于3.14159265359。
在3D空间中旋转需要定义一个角和一个旋转轴,物体会沿着旋转轴旋转特定角度。
旋转矩阵在3D空间中每个单位轴都有不同定义,旋转角度用θ表示:
旋转

“多次旋转——万向节死锁——四元数“
11)矩阵的组合
矩阵乘法实现先位移,再缩放等变换。
⚠️矩阵乘法是不遵守交换律的,这意味着它们的顺序很重要。
12)GLM
OpenGL量身定做的数学库——GLM
默认会将矩阵类型初始化为一个零矩阵(所有元素均为0),而不是单位矩阵(对角元素为1,其它元素为0)。
glm::mat4 trans = glm::mat4(1.0f) //四维,齐次坐标设定为1.0

头文件:

#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>

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