计算机图形学中的空间坐标系

摘要:
3D空间1.对象空间:对象空间也叫模型空间,美工在制作模型的时候就是使用对象空间。它通常用来表示要渲染的对象之间的空间关系。摄像机所看到的方向定义为Z轴。因为帧缓存通常是2D的纹理,所以屏幕空间是一个2D空间,左上角表示屏幕坐标原点。以观察者的视角来观察世界空间出现的对象。在投影空间,顶点的X,Y坐标通过3D空间中的X/Z和Y/Z的比来计算。

3D空间

1. 对象空间:

对象空间也叫模型空间,美工在制作模型的时候就是使用对象空间。美工在制作模型的时候,通常以对象空间的原点为中心,以便于进行变换:比如旋转模型。

2. 世界空间:

在一个场景中,所有对象将共享一个世界空间。它通常用来表示要渲染的对象之间的空间关系。想象一下这个世界空间,我们可以想象我们站在一个矩形空间的西南角,并面向北面。我们定义我们所站的这个角是坐标原点(0,0,0)。

3. 观察空间:

观察空间,有时也叫摄像机空间,跟世界空间类似,是场景的典型应用。然而,在观察空间中,原点是观察者或者摄像机。摄像机所看到的方向定义为Z轴。

4. 投影空间:

投影空间是用来将观察空间中的对象进行投影变换。在这个空间里,可见的范围是X,Y在[-1,1],Z在[0,1]。

5. 屏幕空间

屏幕空间经常指帧缓存的位置。因为帧缓存通常是2D的纹理,所以屏幕空间是一个2D空间,左上角表示屏幕坐标原点。X水平向右,Y轴垂直向下。对于一个缓冲来说,它有w像素宽,h像素高。

空间之间的转换

1. 世界变换

世界变换,顾名思义,将顶点从对象空间变换到世界空间。它通常包括一个或者多个的缩放,旋转,平移操作来变换对象,当然这些变换要根据我们要给的,大小,方向,位置信息。

2. 观察变换

在所有顶点都变换到世界空间后,世界变换将这些顶点从世界空间变换到观察空间。以观察者的视角来观察世界空间出现的对象。

3. 投影变换

投影变换将顶点从3D空间(比如世界空间和观察空间)变换到投影空间。在投影空间,顶点的X,Y坐标通过3D空间中的X/Z和Y/Z的比来计算。

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