Directx113D空间坐标系认识

### DirectX 11 3D 空间坐标系详解 #### 一、引言 在探讨DirectX 11的3D空间坐标系之前，我们先简要回顾一下顶点着色器和像素着色器的基本概念。顶点着色器主要负责处理3D模型的顶点数据，例如计算光照效果、变换顶点位置等；而像素着色器则关注于处理最终像素的颜色计算。在上一篇文章中，我们了解了如何在3D坐标系中绘制一个2D的三角形图像。本次讨论将进一步深入到如何在3D坐标系中呈现复杂的3D图像，以及不同坐标系之间的转换。 #### 二、3D空间坐标系基础 在真实世界中，任何物体都存在于三维空间中。为了准确地描述物体的位置，我们需要使用三维坐标系。三维坐标系通常采用笛卡尔坐标系，包括左手坐标系和右手坐标系两种。 **左手坐标系**的特点是：Y轴指向上方，X轴指向右方，Z轴则指向屏幕外（即面向观察者的方向）。 **右手坐标系**与左手坐标系类似，只是Z轴指向屏幕内（即背离观察者的方向）。 #### 三、3D坐标系中的点 在三维坐标系中，一个点的位置可以用三个坐标值来表示，即(X, Y, Z)。当参照物发生变化时，即使实际点的位置没有移动，其坐标也会随之改变。 #### 四、DirectX 11 中的坐标系 在DirectX 11中，为了描述3D模型的不同方面，引入了几种不同的坐标系： 1. **基元坐标系 (Object Space)**：也称为模型几何坐标系，用于描述单个3D模型的坐标。在模型设计过程中，模型通常会围绕原点构建，这样有利于后续的坐标变换操作。例如，一个简单的立方体模型，其八个顶点的坐标分别为：(-1,1,-1)、(1,1,-1)、(-1,-1,-1)、(1,-1,-1)、(-1,1,1)、(1,1,1)、(-1,-1,1) 和 (1,-1,1)。 2. **世界坐标系 (World Space)**：用来描述场景中所有3D模型之间的相对位置。它将所有模型统一到一个共享的空间中，便于处理模型之间的相对位置关系。例如，我们可以将房间的一角定义为世界坐标系的原点，X轴指向右侧，Y轴指向上方，Z轴指向前方，形成一个左手坐标系。 3. **观察坐标系 (View Space)**：也称为摄像机坐标系，其原点通常设置在观察者（或摄像机）的位置。观察坐标系的方向取决于观察者的视角。Z轴通常指向观察方向，Y轴指向上方，X轴指向右侧。观察坐标系主要用于描述观察者视角下的场景布局。 4. **投影坐标系 (Projection Space)**：通过将观察坐标系中的物体投影到平面上来获取。在投影坐标系中，所有可见物体的X和Y坐标都被限定在-1到1之间，而Z坐标被限定在0到1之间。这种坐标系主要用于渲染管线中的后期处理阶段。 5. **屏幕坐标系 (Screen Space)**：最终的图像坐标系，用于确定像素在屏幕上的确切位置。在这个坐标系中，屏幕左下角为原点，X轴向右，Y轴向上。 #### 五、坐标系转换 在3D图形渲染中，坐标系之间的转换是非常重要的步骤。例如，从基元坐标系到世界坐标系的转换，涉及到模型的位置、旋转和缩放变换；从世界坐标系到观察坐标系的转换，则涉及到视点的位置和方向变换；从观察坐标系到投影坐标系的转换则是将三维空间中的物体投影到二维平面上的过程。 #### 六、总结 本文详细介绍了DirectX 11中3D空间坐标系的基础知识及其应用场景。通过理解不同坐标系的概念和转换过程，可以帮助开发者更好地掌握3D图形渲染的核心技术。无论是游戏开发还是其他涉及3D图形的应用领域，掌握这些坐标系的相关知识都是至关重要的。 以上内容为我们提供了一个关于DirectX 11 3D空间坐标系的全面理解框架，希望对你有所帮助。