Direct11 3D空間坐標(biāo)系認(rèn)識(shí)

1、Directxll 3D空間坐標(biāo)系認(rèn)識(shí)在前一篇文章中我們知道了頂點(diǎn)著色器和像素著色器的用途，在例子中也知道了 如何在 3D 的坐標(biāo)系中畫一個(gè) 2D 的圖像，即畫一個(gè)三角形，這次我們需要知道如 何在3D坐標(biāo)系中呈現(xiàn)一個(gè)3D的圖像，并且了解一下在3D空間中幾個(gè)坐標(biāo)系的 認(rèn)識(shí)。這些在游戲編程中都會(huì)使用到，因?yàn)槊總€(gè)3D物件都有自己的坐標(biāo)系，至 于如何轉(zhuǎn)換這些坐標(biāo)系我想可能我們需要在下一節(jié)中進(jìn)行另一番討論。學(xué)習(xí)是無(wú) 止境的，貴在堅(jiān)持，希望我也能夠堅(jiān)持我童年時(shí)的夢(mèng)想，在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)我的 游戲夢(mèng)。3D 空間認(rèn)識(shí)：在前面章節(jié)中，在屏幕上繪制的2D圖像三角形是以屏幕對(duì)齊的，就像一個(gè)三角 形直接貼在屏幕上面，但

2、是那不是每一個(gè)都適用的。這樣我們就需要一個(gè)3D空 間坐標(biāo)系來(lái)進(jìn)行描述和進(jìn)行顯示，在真實(shí)的世界里，每一個(gè)物品都存在于3D空 間中。這也就意味著，要想放置一個(gè)物品在一個(gè)特殊的位置，我們必須要使用一 個(gè)坐標(biāo)系并且定義3個(gè)描述特定位置的坐標(biāo)。在計(jì)算機(jī)繪圖中，三維坐標(biāo)系一般 使用的是笛卡兒坐標(biāo)系，這個(gè)在數(shù)學(xué)中有見過(guò)吧。同時(shí)還分為左手坐標(biāo)系或右手 坐標(biāo)系，左手坐標(biāo)系就是Y軸指向上方，X軸指向右方，而Z軸指向前方；和左 右坐標(biāo)系相同的是右手坐標(biāo)系Y和X軸指向相同，Z軸的方向正好相反，如下圖 所示。下面我們來(lái)討論一下在3D坐標(biāo)系中，一個(gè)點(diǎn)在不同維數(shù)空間中不同的坐標(biāo)。比 如在一維中，如下圖所示， P 點(diǎn)在尺子

3、5 厘米的地方，當(dāng)我們移動(dòng)尺子時(shí)， P 點(diǎn) 的位置也就發(fā)生了變化，說(shuō)不定在4厘米或3厘米的地方。雖然P點(diǎn)其實(shí)都沒有 移動(dòng)過(guò)，但是它卻有了新的坐標(biāo)，也就是參照物不同罷了。出發(fā)的軸線：X,Y,Z。在計(jì)算機(jī)繪圖中，他們包含了好幾個(gè)空間下的定義：基元 坐標(biāo)系(Object Space)【模型幾何坐標(biāo)系】，世界坐標(biāo)系(World Space), 觀察坐標(biāo)系(View Space)，投影坐標(biāo)系(Projection Space)，以及屏幕坐標(biāo) 系(Screen Space)o基元坐標(biāo)系：這個(gè)坐標(biāo)系也叫做幾何模型坐標(biāo)系，主要用于在使用 3D 建模時(shí)，所使用的坐標(biāo) 系。通常在創(chuàng)建模型時(shí)，建模人員都會(huì)將模型圍繞

4、原點(diǎn)進(jìn)行建模，那樣將有助于 坐標(biāo)變換，比如讓模型旋轉(zhuǎn)起來(lái)，在我們將坐標(biāo)變換時(shí)將會(huì)進(jìn)行描述。如下圖， 一個(gè)正方形正是定義在這樣一個(gè)坐標(biāo)系中，它的八個(gè)頂點(diǎn)將有如下坐標(biāo)： (-1,1, -1),(1,1,-1),(-1,-1,-1),(1,-1,-1),(-1,1,1),(1,1,1),(-1,-1,1),(1,-1,1)因此模型幾何坐標(biāo)系是建模人員在設(shè)計(jì)和創(chuàng)建模型時(shí)定義的坐標(biāo)系，在保持在磁 盤里的模型當(dāng)然也是存在于一個(gè)模型幾何坐坐標(biāo)系中。應(yīng)用程序可以通過(guò)這樣一 個(gè)模型來(lái)建立一個(gè)頂點(diǎn)緩存對(duì)象，并且通過(guò)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化這個(gè)緩存對(duì)象。 因此一個(gè)頂點(diǎn)緩存對(duì)象通常都會(huì)在模型中建立，這也就說(shuō)明頂點(diǎn)著色器將從

5、幾何 坐標(biāo)系中獲得頂點(diǎn)數(shù)據(jù)信息。世界坐標(biāo)系：世界坐標(biāo)系是將每一個(gè)模型(基元物品)共享在一個(gè)場(chǎng)景中的坐標(biāo)系，它通常用 來(lái)描述我們期望呈現(xiàn)的各個(gè)模型之間的聯(lián)系關(guān)系。為了虛擬一個(gè)世界空間坐標(biāo)系，我們可以想象我們是站在西南的角落，并且面對(duì)著北方的一個(gè)房間里。我們把我們腳站在這個(gè)角落的地方定義為原點(diǎn)(0,0,0) ,x軸指向我們的右邊，Y軸 指向上方， Z 軸指向前方【左手坐標(biāo)系，這個(gè)也是 Direct3D 中使用的坐標(biāo)系， 聽說(shuō)OpenGL使用右手坐標(biāo)系，不過(guò)我不懂的OpenGL】，面對(duì)的方向不變。這樣 確定下來(lái)后，房間里的所有東西物品都可以通過(guò)不同的坐標(biāo)XYZ進(jìn)行唯一定性。 由此可見，之所以要使用世

6、界坐標(biāo)系，就是為了能夠描述不同物品直接的聯(lián)系。觀察坐標(biāo)系：觀察坐標(biāo)系，有時(shí)候我們也叫做攝影坐標(biāo)系，這個(gè)有點(diǎn)像世界坐標(biāo)系那樣，只不 過(guò)世界坐標(biāo)系是用來(lái)描述整個(gè)場(chǎng)景，而觀察坐標(biāo)系的原點(diǎn)是在觀察者的眼睛或攝 像機(jī)。觀察坐標(biāo)系的Z軸就是眼睛看到的前方，Y軸就是相對(duì)于眼睛的上方，X 軸位于右方，在下圖就可以看到世界坐標(biāo)系和觀察坐標(biāo)系。在左邊的場(chǎng)景中，在世界坐標(biāo)系中有一個(gè)人，就像一個(gè)物件一樣，并且有一個(gè)攝 像機(jī)在觀察他，紅色原點(diǎn)和軸線表示世界坐標(biāo)系。在右邊的圖片中，表示了觀察 坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的關(guān)系，藍(lán)色軸線表示觀察坐標(biāo)系。為了更清楚的理解他們， 可以看出觀察坐標(biāo)系的方向和世界坐標(biāo)系的方向是不同的，在世

7、界坐標(biāo)系中觀察 的方向是紅色Z軸，而觀察坐標(biāo)系中方向是藍(lán)色Z軸。投影坐標(biāo)系：投影坐標(biāo)系是通過(guò)觀察坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換而來(lái)，其實(shí)可以想象一下，就和我們拿著攝 像機(jī)去拍照一樣。在投影坐標(biāo)系中，可見物件的X和Y坐標(biāo)被描述在-1和1之 間，而 Z 坐標(biāo)被描述在 0 和 1 之間，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)詳細(xì)講解這里就不再多說(shuō)了。屏幕坐標(biāo)系：屏幕坐標(biāo)系一般用來(lái)引用一個(gè)框架緩存(Frame Buffer)定位坐標(biāo)列表，因?yàn)榭?架緩存通常是一個(gè)2D的紋理，因此屏幕坐標(biāo)是一個(gè)2D坐標(biāo)系。其實(shí)就是我們的 顯示器，左上角頂點(diǎn)定義為原點(diǎn)(0,0), X軸為橫向，Y軸為縱向。在緩存中倍 描述為w像素的寬度和h像素的高度，最小也就是最右下角的像素的坐標(biāo)為(w-1, h-1)。這樣我們也就認(rèn)識(shí)了 Direct3D中幾個(gè)重要的空間坐標(biāo)系，也許我的描