Shader入门(十六)坐标空间与转换矩阵

发表于2018-02-02
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模型空间(model space)也称为对象空间(object space)或局部空间(local space)是指以模型原点为原点的坐标系。


世界空间(world space)也称全局空间(global space)是以世界原点为原点的坐标系,世界坐标也就是Unity3D里的绝对坐标。

观察空间(view space)也称摄像机空间(camera space)是以摄像机为原点的坐标系。(这是各坐标空间中唯一一个右手坐标系)

裁剪空间(clip space)也称齐次裁剪空间(homogeneous clip space),这个空间对观察空间里的渲染图元进行裁剪,会保留完全在空间内部的图元,剔除完全在空间外部的图元,以及裁剪部分在空间内部的图元,而这块空间的范围是由摄像机的视锥体决定的。而使用投影矩阵将顶点转换到裁剪空间中去,来判断图元是否在裁剪空间内。

屏幕空间(screen space)表示的是一个二维空间,是从裁剪空间投影过来的。

从模型空间到世界空间称为模型变换,从世界空间到观察空间称为观察变换,从观察空间到裁剪空间称为投影变换,从裁剪空间到屏幕空间称为投影映射。


Unity内置变换矩阵:

UNITY_MATRIX_MVP模型(M)观察(V)投影(P)矩阵,从模型空间到裁剪空间
UNITY_MATRIX_MV模型(M)观察(V)矩阵,从模型空间到观察空间
UNITY_MATRIX_V
观察(V)矩阵,从世界空间到观察空间
UNITY_MATRIX_P
投影(P)矩阵,从观察空间到裁剪空间
UNITY_MATRIX_VP
观察(V)投影(P)矩阵,从世界空间到裁剪空间
UNITY_MATRIX_T_MV
UNITY_MATRIX_MV的转置矩阵
UNITY_MATRIX_IT_MV
UNITY_MATRIX_MV的逆转置矩阵,用于将法线从模型空间转换到观察空间
_Object2World模型矩阵,从模型空间到世界空间
_World2Object_Object2World的逆矩阵,从世界空间到模型空间


Untiy摄像机和屏幕参数:

_WorldSpaceCameraPos(float3)摄像机的世界坐标
_ProjectionParams(float4)投影参数
x=±1.0(-1.0表示使用翻转投影矩阵进行渲染)
y=Near近裁剪平面与摄像机的距离
z=Far远裁剪平面与摄像机的距离
w=1.0+1.0/Far
_ScreenParams(float4)屏幕参数
x=width渲染目标的像素宽度
y=height渲染目标的像素高度
z=1.0+1.0/width
w=1.0+1.0/height
_ZBufferParams(float4)线性化Z(深度)缓冲参数
x=1-Far/Near
y=Far/Near
z=x/Far
w=y/Far
unity_OrthoParams(float4)正交投影摄像机参数
x=width
y=height
z未使用
w=1.0(正交投影摄像机)或0.0(透视摄像机)
unity_CameraProjection(float4x4)摄像机投影矩阵
unity_CameraInvProjection(float4x4)unity_CameraProjection的逆矩阵
unity_CameraWorldClipPlanes(float4[6])摄像机6个裁剪平面在世界空间下的方程式。
顺序:左、右、下、上、近、远

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