为了在虚拟环境中定位虚拟实体对象,一个重要的概念即坐标系。目前,虚拟环境中常用的坐标系分为以下几种:
1.世界坐标系
世界坐标系(World Coordinate System,又称全局坐标系)主要用于虚拟场景中的所有图形对象的空间定位和定义,包括观察者的位置、视线等。计算机图形系统中涉及的其他坐标系统都是参照它进行定义的。
2.局部坐标系
局部坐标系(Local Coordinate System,称造型坐标系)主要为考察物体方便起见,独立于世界坐标系来定义物体几何特性,通常是在不需要指定物体在世界坐标系中的方位的情况下,使用局部坐标系。如在定义局部物体时,通过指定局部坐标系的原点在世界坐标系中的方位,然后通过几何变换,就可很容易地将局部物体放入世界坐标系内,使它由局部上升为全局。
3.观察坐标系
观察坐标系(Viewing Coordinate System,又称视点坐标系)通常是以视点的位置为原点,通过用户指定的一个向上的观察向量来定义整个坐标系统,默认为左手坐标系。观察坐标系主要用于从观察者的角度对整个世界坐标系内的对象进行重新定位和描述,从而简化几何物体在投影面的成像的数学推导和计算。
4.成像面坐标系统
成像面坐标系统是一个二维坐标系统,主要用于指定物体在成像面上的所有点,往往是通过指定成像面与视点之间的距离来定义成像面,成像面有时也称投影面,可进一步在投影面上定义称为窗口的方形区域来实现部分成像。
5.屏幕坐标系统
屏幕坐标系统也称设备坐标系统,它主要用于某一特殊的计算机图形显示设备(如光栅显示器)的表面的点的定义。在多数情况下,对于每一个具体的显示设备,都有一个单独的坐标系统,在定义了成像窗口的情况下,可进一步在屏幕坐标系统中定义称为视图区的有界区域,视图区中的成像即为实际所观察到的。
总之,为在三维空间创建和显示一个或多个几何物体,首先必须建立世界坐标系,然后指定视点的方位、视线及成像面的方位。为了察到物体的成像,还必须在各坐标系统之间视图变换之后,再进行投影变换。