Ich versuche das OpenGL-Koordinatensystem zu verstehen. In einigen Tutorials wird jedoch angegeben, dass das Standardkoordinatensystem Linkshänder ist (siehe http://www.c-sharpcorner.com/UploadFile/jeradus/OpenGLBasics11172005014307AM/OpenGLBasics.aspx ), in anderen wird angegeben, dass es Rechtshänder ist (siehe http: // www .falloutsoftware.com / tutorials / gl / gl0.htm ). Welches ist richtig? Ich verstehe, dass wir durch Spiegeln eins in das andere transformieren können, aber ich würde gerne die Standardkoordinaten kennen.

Hier gibt es einige Verwirrung.

OpenGL ist im Objekt- und Weltraum rechtshändig .

Aber im Fensterbereich (auch bekannt als Bildschirmbereich) sind wir plötzlich Linkshänder .

Wie ist das passiert ?

Die Art und Weise, wie wir von Rechtshänder zu Linkshänder gelangen, ist ein negativer Z-Skalierungseintrag in den glOrthooder glFrustumProjektionsmatrizen. Das Skalieren von z um -1 (wobei x und y unverändert bleiben) bewirkt eine Änderung der Händigkeit des Koordinatensystems.

Für glFrustum,

weit und in der Nähe sollen positiv sein, mit weit > in der Nähe . Sagen Sie fern = 1000 und nah = 1. Dann ist C = - (1001) / (999) = -1,002.

Sehen Sie hier , um weitere Informationen und Diagramme.

Aus orthographischer Sicht generiert glOrtho eine Matrix wie folgt:

Hier sind links , rechts , unten und oben nur die Koordinaten für die linke vertikale , rechte vertikale , untere horizontale und obere horizontale Schnittebene (bzw.) .

Die nahen und fernen Ebenen sind jedoch unterschiedlich spezifiziert . Der in der Nähe Parameter ist definiert als

• Nah: Der Abstand zur Clipping-Ebene mit näherer Tiefe. Dieser Abstand ist negativ, wenn sich die Ebene hinter dem Betrachter befinden soll.

und weit:

• zFar Der Abstand zur weiter entfernten Schnittebene. Dieser Abstand ist negativ, wenn sich die Ebene hinter dem Betrachter befinden soll.

Hier haben wir ein typisches kanonisches Ansichtsvolumen

Da der z-Multiplikator (-2 / (nah-nah)) ist, skaliert das Minuszeichen z effektiv um -1 . Dies bedeutet, dass "z" während der Betrachtungstransformation nach links gedreht wird , ohne dass dies den meisten Menschen bekannt ist, da sie in OpenGL einfach als "rechtshändiges" Koordinatensystem arbeiten.

Also, wenn Sie anrufen

glOrthof(-1, 1, -1, 1, 10, -10) ; // near=10, FAR=-10,

Dann ist das NEAR PLANE 10 Einheiten vor Ihnen . Wo bist du? Warum am Ursprung mit der x-Achse rechts von Ihnen, der y-Achse oben auf Ihrem Kopf und Ihrer Nase nach unten auf der negativen z-Achse (das ist die Standardeinstellung "Standardmäßig befindet sich die Kamera am Ursprung zeigt auf die negative z-Achse und hat einen Aufwärtsvektor von (0, 1, 0). " ). Die nahe Ebene liegt also bei z = -10. Die entfernte Ebene liegt 10 Einheiten hinter Ihnen, bei z = + 10 .

Standardmäßig ist die normalisierte Gerätekoordinate Linkshänder.

Der glDepthRange ist standardmäßig [0, 1] (nah, fern), sodass die + z-Achse in den Bildschirm zeigt und mit + x nach rechts und + y nach oben ein linkshändiges System ist.

Durch Ändern des Tiefenbereichs auf [1, 0] wird das System rechtshändig.

Ich zitiere eine frühere Antwort von Nicol : (Der Durchschlag ist meine Arbeit, die unten erklärt wird.)

Ich bin überrascht, dass niemand etwas erwähnt hat: OpenGL funktioniert auch in einem linkshändigen Koordinatensystem. Zumindest, wenn Sie mit Shadern arbeiten und den Standardtiefenbereich verwenden.

Sobald Sie die Pipeline mit festen Funktionen verworfen haben, beschäftigen Sie sich direkt mit "Clip-Space". Die OpenGL-Spezifikation definiert den Clip-Raum als ein homogenes 4D-Koordinatensystem. Wenn Sie den Transformationen durch normalisierte Gerätekoordinaten bis hinunter zum Fensterbereich folgen, finden Sie dies.

Der Fensterbereich befindet sich im Bereich der Pixel eines Fensters. Der Ursprung befindet sich in der unteren linken Ecke, wobei + Y nach oben und + X nach rechts geht. Das klingt sehr nach einem rechtshändigen Koordinatensystem. Aber was ist mit Z?

Der Standardtiefenbereich (glDepthRange) setzt den nahen Z-Wert auf 0 und den fernen Z-Wert auf eins . Das + Z entfernt sich also vom Betrachter.

Das ist ein linkshändiges Koordinatensystem. Ja, du kannstÄndern Sie den Tiefentest von GL_LESS in GL_GREATER undÄndern Sie den glDepthRange von [0, 1] in [1, 0]. Der Standardzustand von OpenGL ist jedoch die Arbeit in einem linkshändigen Koordinatensystem. Und keine der Transformationen, die erforderlich sind, um vom Clip-Raum zum Fensterraum zu gelangen, negiert das Z. Der Clip-Raum, die Ausgabe des Scheitelpunkt- (oder Geometrie-) Shaders, ist also ein linkshändiger Raum (irgendwie. Es ist also ein homogener 4D-Raum) Es ist schwer, die Händigkeit zu bestimmen.

Im Festfunktions - Pipeline, die Standard - Projektionsmatrizen (hergestellt von glOrtho, glFrustum und dergleichen) , all - Transformation von einem rechtshändigen Raum zu einem linkshändigen ein. Sie drehen die Bedeutung von Z um; Überprüfen Sie einfach die Matrizen, die sie erzeugen. Im Augenraum bewegt sich + Z auf den Betrachter zu; im Raum nach der Projektion bewegt es sich weg.

Ich vermute, Microsoft (und GLide) haben sich einfach nicht die Mühe gemacht, die Negation in ihren Projektionsmatrizen durchzuführen.

Ich habe einen Teil geschlagen, da er von meinen Erkenntnissen abwich.

Entweder das Ändern des DepthRange oder des DepthFunc und das Verwenden von ClearDepth (0) funktioniert, aber wenn beide verwendet werden, heben sie sich gegenseitig auf ein linkshändiges System auf.

NUR NDC

Sie sollten nur beachten, dass OpenGL nur NDC kennt! und das ist ein linkshändiges Koordinatensystem.

Unabhängig davon, welches Koordinatensystem Sie verwenden - linkshändiges oder rechtshändiges Achsenkoordinatensystem - müssen alle in NDC gespiegelt werden. Wenn Sie möchten, können Sie den Weltraum vollständig als linkshändiges Koordinatensystem behandeln.

Warum verwenden wir normalerweise ein rechtshändiges Koordinatensystem im Weltraum?

Ich denke es ist konventionell. Es tut es einfach. Vielleicht möchte es nur von DirectX unterscheiden.

Das Buch "WebGl Programming Guide" von Kouichi Matsuda widmet fast zehn Seiten "WebGl / OpenGl: Links- oder Rechtshänder?"

Nach dem Buch:

• In der Praxis verwenden die meisten Menschen ein rechtshändiges System

• OpenGl ist intern ein linkshändiges System

• Intern ist es eigentlich keines von beiden. Ganz unten kümmert sich OpenGl nicht um den Z-Wert. Die Reihenfolge, in der Sie Dinge zeichnen, bestimmt, was oben gezeichnet wird (zeichnen Sie zuerst ein Dreieck, dann ein Quad, das Quad überschreibt das Dreieck).

Ich stimme dem "es ist auch nicht" nicht ganz zu, aber das ist wahrscheinlich sowieso eine philosophische Frage.

Opengl ist definitiv Linkshänder. Sie sehen viele Tutorials, die das Gegenteil angeben, weil sie den Z-Wert in der Projektionsmatrix negieren. Wenn die endgültigen Scheitelpunkte im Scheitelpunkt-Shader berechnet werden, werden die Scheitelpunkte, die Sie von der Clientseite (rechte Koordinate) übergeben, in Linkshänder konvertiert. Die Scheitelpunkte werden dann an den Geometrie-Shader und den Fragment-Shader übergeben. Wenn Sie auf der Clientseite das rechte Koordinatensystem verwenden, ist Opengl das egal. Es kennt nur das normalisierte Koordinatensystem, das Linkshänder ist.

Bearbeiten: Wenn Sie mir nicht vertrauen, experimentieren Sie einfach in Ihrem Vertex-Shader, indem Sie eine Übersetzungsmatrix hinzufügen, und Sie können leicht erkennen, ob Opengl Linkshänder ist oder nicht.

Durch die Verwendung der in OpenGL integrierten Projektions- und Transformationsfunktionen folgt die Beobachtung der Bewegungen auf dem Bildschirm den Regeln des rechtshändigen Koordinatensystems. Wenn beispielsweise ein Objekt vor Ihrer Ansicht in die positive z-Richtung verschoben wird, bewegt sich das Objekt auf Sie zu.

Der Tiefenpuffer ist genau das Gegenteil, und hier kommen die NDC (Normalized Device Coordinates) ins Spiel. Wenn die Übergabe von GL_LESS an glDepthFunc bedeutet, dass Pixel gezeichnet werden, wenn sie näher an Ihnen sind als das, was sich bereits im Tiefenpuffer befindet, werden Pixel als in einem linkshändigen Koordinatensystem lebend betrachtet.

Es gibt noch ein Koordinatensystem, und das ist das Ansichtsfenster! Das Koordinatensystem des Ansichtsfensters ist so, dass + x nach rechts und + y nach unten zeigt. Ich denke zu diesem Zeitpunkt ist die Händigkeit umstritten, da wir uns an dieser Stelle nur mit x, y befassen.

Schließlich muss gluLookAt unter der Haube den Betrachtungsvektor negieren. Da die Mathematik davon ausgeht, dass ein Vektor in eine positive Richtung auf das Objekt zeigt, auf das er schaut, und eine Kamera nach unten -z schaut, muss der Betrachtungsvektor negiert werden, damit er mit der Kamera ausgerichtet ist.

Etwas zum Kauen. Es macht wenig Sinn, die z-Richtung eines rechtshändigen Koordinatensystems als Vorwärtsvektor zu bezeichnen :). Ich denke, Microsoft hat dies erkannt, als sie Direct3D entwickelten.