Shader山下（十六）坐标空间与转换矩阵

最新推荐文章于 2025-05-23 18:15:48 发布
原创 最新推荐文章于 2025-05-23 18:15:48 发布 · 7.3k 阅读 · 8 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
文章标签：

#Shader #space #projection #mvp #screen

博客详细介绍了在图形编程中不同坐标空间的作用，包括模型空间、世界空间、观察空间、裁剪空间和屏幕空间，并强调了它们之间的转换，如模型变换、观察变换、投影变换和投影映射。此外，还提及了Unity3D中的坐标转换矩阵在这些过程中的应用。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

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。


相关数学知识

最低0.47元/天 解锁文章

200万优质内容无限畅学
求解空间两个三维坐标系之间的变换矩阵
thequitesunshine007的博客
05-14 1万+
三维刚体变换模型（即旋转/平移矩阵，RT矩阵）的估计方法 话不多说，上代码。亲写亲测有效。 cv::Mat Get3DR_TransMatrix(const std::vector<cv::Point3f>& srcPoints, const std::vector<cv::Point3f>& dstPoints) { double srcSumX = 0.0f; double srcSumY = 0.0f; double srcSumZ = 0.0f;
【UnityShader】坐标空间与坐标变换
小蜗牛
06-12 608
坐标空间变换 每个坐标空间都是另一个坐标空间的子空间，反过来，每个空间都有一个父坐标空间； 对坐标空间的变换实际上就是在父空间和子空间之间点和矢量进行变换； 假设 现有父坐标空间 P 以及子坐标空间 C，已知在父坐标空间中子坐标空间的原点位置 Oc 以及 3 个单位向量的表示 Xc,Yc,Zc。把子坐标空间下的点或者矢量 Ac(a,b,c) 变换到父坐标空间下 Ap，步骤：    1. 从坐标原点 Oc 开始；    2. 向 Xc 方向移动 a 个单位；    3. 向 Yc 方向移动 b 个单位；  
空间坐标系以及空间两三维坐标系转换矩阵解释
guzhong_di的博客
11-03 1万+
空间坐标系以及空间两三维坐标系转换矩阵解释 因为工作的原因，需要进行不同坐标系的一个转换，在查阅了众多的网页之后，发现有用的没几个，而且众多都是抄的同一篇文章，而且都是罗列以下旋转的方式，几乎没有解释旋转角的物理意义，也不说这个旋转角怎么得到的。在折腾了一天之后，终于弄清楚了，特意写下来，既能有助于记忆，又能装b，很好很强大。 基础背景 空间三维坐标系转换，大多出现在像我似的搞地图的这群B人里，当然还有搞游戏的大佬们。所以需要对空间三维坐标系做一个小的总结，来防止忘记或者混乱。 具体图形可百度，赖的放图
第4章 学习Shader所需的数学基础（下）（坐标空间及其变换）
起个名字好难啊
12-12 2630
4.6 坐标空间 我们己经学会了如何使用矩阵来表示基本的变换，如平移、旋转和缩放。而在本节中，我们将关注如何使用这些变换来对坐标空间进行变换。 我们在第2 章渲染流水线中就接触了坐标空间的变换。例如，在学习顶点着色器流水线阶段时，我们说过， 顶点着色器最基本的功能就是把模型的顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪坐标空间中。 渲染游戏的过程可以理解成是把一个个顶点经过层层处理最终转化到屏幕上的过程
空间坐标变换的矩阵表示法
热门推荐
minyuanxiani的专栏
03-27 2万+
图8.1.1-1   所谓空间坐标变换(coordinate transform)，就是指空间任意点P在两个空间右手直角坐标系oxmymzm和oxnynzn中的坐标关系。     图8.1.1-1所示两个空间直角坐标系oxmymzm和oxnynzn（以下简称m坐标系和n坐标系）的原点重合于o点，称为共原点的两个坐标系。假设开始两坐标系的三个坐标轴分别重合，然后其中一个坐
深入理解空间坐标系的矩阵变换
qq_38675001的博客
01-01 4528
深入理解空间坐标系的矩阵变换 空间中三维坐标变换一般由三种方式实现，第一种是旋转矩阵和旋转向量；第二种是欧拉角；第三种是四元数。这里先介绍旋转矩阵(旋转向量)与欧拉角实现三维空间坐标变换的方法以及两者之间的关系。 这里以常见的世界坐标系与相机坐标系间的变换为例。 从相机坐标系转换到世界坐标系，也就是比较通用的body到世界坐标系间的转换。 那么旋转的欧拉角按从世界坐标系转换到相机坐标...
Unity3D - Shader - 模型、世界、观察、裁剪空间坐标转换
jiuzhouhi的专栏
03-24 7815
模型空间 模型空间(model space)，也成为对象空间(object space)或局部空间(local space)。 每个模型都有自己的模型空间，当它旋转或移动时，模型空间也会随之移动 3dMax 导出 Obj 文件世界空间 世界空间(world space)是一个宏观的特殊坐标系，其代表了我们关心的最大坐标系。在Unity中模型如果没有父节点，那么它就在世界空间内。 将顶点坐标从模型空间 转换到世界空间，成为模型变换(model transform)。 Transform中的Positi...
Unity Shader矩阵变换详解
最新发布
tiankongdeyige的博客
05-23 765
在Unity渲染管线中，模型变换涉及将3D模型从本地空间转换到屏幕空间的一系列数学操作，理解这些变换对于开发复杂Shader效果至关重要。主要坐标空间包括模型空间、世界空间、视图空间、裁剪空间和屏幕空间，每个空间都有其特定的用途和转换矩阵。通过使用组合矩阵如UNITY_MATRIX_MVP，可以减少矩阵乘法次数，提升性能。此外，避免在片元着色器中重复计算和预计算常量矩阵也是优化性能的有效策略。这些技术帮助开发者更高效地处理顶点变换，提升渲染效率。
Unity Shader中的坐标系转换
jogin11的专栏
06-29 1882
Unity Shader中的坐标系转换 最近在看《Unity Shader入门精要》，其中有颇多地方涉及到线性代数的知识点，无奈太久不用脑子里对这些东西的印象全无。 坐标系转换在Shader中十分常见，比如局部坐标(Local Coordinate)、世界坐标(World Coordinate)、切线坐标(Tangent Coordinate)这三者之间经常相互转换，因此需要用到转换矩阵，这里
坐标变换矩阵
weixin_74923758的博客
08-09 3828
1、数字定义：若一个方阵是正交矩阵，当且仅当它的转置矩阵与自身的乘积等于单位矩阵另一种等价的定义是：若方阵是正交矩阵，当且仅当的列向量是两两正交的单位向量。2、数学特性1、正交矩阵的逆：，正交矩阵的转置 = 正交矩阵的逆2、正交矩阵的行列式： 行列式的取值只有两种可能（1）或（-1）3、向量正交：将视作由若干行向量组成，则这些行向量两两相互正交，若将视作由若干列向量组成，则这些列向量也两两相互正交。
空间坐标系之间的旋转表达方式的相互转换
12-28
本资源只包含了源文件，工程组织可以自行完成。代码中主要实现了几种空间坐标系的旋转变换参数之间的相互转换关系，包括：欧拉角，旋转矩阵以及四元素。
2024-01-12 Unity Shader 开发入门3 —— 坐标空间变换
zheliku的博客
01-12 1848
​ 在渲染管线中，需要将坐标数据在这些空间中进行变换计算。​ 在设计模型时，使用模型空间。模型导入 Unity 后，最终显示在屏幕上，依次经历了如下空间的坐标变换：​ 模型空间->世界空间->观察空间->裁剪空间->屏幕空间。
空间坐标转换
weixin_33774308的博客
01-18 367
这个比较基础了，不过基础最重要，往往应该理解透彻，并且反复复习。     我们知道在3D画面渲染过程中对于模型的计算的一部分被称为Transforming and Lighting(T&amp;L)阶段，其中Lighting表示光照，而Transforming就是指的坐标变换，这两部分的计算也是3D场景中计算最重要基础的一步。     空间坐标变换主要的工作就是将处于局部坐标系的模型转换到用户屏幕...
坐标系转换
yngki的博客
11-30 1万+
一 问题背景 如图，有两个坐标系空间A和B。P为空间中一点，我们目的是：根据P在B中的坐标BP，获取P在A中的坐标AP。P在A坐标系中的坐标AP，如下图所示： P在B中的坐标BP如下图所示： 机器人中存在各种坐标系的转换，如map、odom等。 二 转换原理 讨论变换前，先确定下坐标系的方向。一共只有两种：（1） x、y、z正朝向
OpenGL ES2学习笔记（9）-- 转换矩阵
zxh的专栏
10-12 2541
介绍转换矩阵的使用
空间坐标系的变换
weixin_48703363的博客
07-27 2189
笛卡尔几何空间中用以确定几何空间位置的描述坐标架。通俗易懂的讲，就是所建立的符合右手笛卡尔定则的空间坐标系，也称为基础坐标系、原坐标系或世界坐标系。顾名思义，描述坐标系是在基础坐标系的基础上建立的用以描述物体空间位置关系的坐标系，其相对于基础坐标系以一定姿态存在。由于在世界坐标系中一些空间运动关系极其复杂，但在描述坐标系中却能简单描述，所以在描述坐标系中进行建模会使计算更加简单。
三维空间坐标系变换（旋转&平移）
weixin_46474546的博客
05-23 6838
在探究三维空间下的变换前，首先研究二位空间，因为比较直观，再推广到三维空间。 首先应该清楚的一点是：旋转、平移对于坐标系下的点以及坐标系本身而言都是相对的（运动的相对性）。 例如： XOYXOYXOY坐标系不动，点P(x,y)P(x, y)P(x,y)沿顺时针方向旋转 θ\thetaθ，得到点P′P'P′，此时点P′P'P′在XOYXOYXOY坐标系的坐标为(x′,y′)(x', y')(x′,y′)； 点P(x,y)P(x, y)P(x,y)不动，坐标轴XOYXOYXOY沿着逆时针方向旋转 θ\thet
Unity3D - Shader - 坐标空间变换
biezhihua的专栏
12-26 1756
坐标空间变换
空间坐标系及其坐标变换
qq_43310997的博客
09-14 9096
地球坐标系 地球坐标系固定在地球上而随地球一起在空间做公转和自转运动，所以它又称为地固坐标系。地心直角坐标系(XT, YT, ZT)和地心大地坐标系(φ, λ, h)均是以地心Ο为坐标原点的地球坐标系，所以两者又均是地心地固（ECEF）坐标系。 地心地固直角坐标系 地心地固直角坐标系以地心Ο作为坐标原点，其Z轴指向协议地球北极，X轴指向参考子午面（通常是英国伦敦处的格林尼治子午面）与地球赤道的一个交点，而X, Y和Z三轴一起构成右手直角坐标系。 若(x, y, z)为点P在地心地固直角坐标系中的坐标，则我
unityshader中生成坐标矩阵
09-10
在Unity中，Shader是用来控制渲染图形的程序代码。在编写Shader时，经常需要生成坐标矩阵以进行各种变换，如模型空间到裁剪空间的变换。这些矩阵在Shader中是预定义的，可以直接使用。 1. **模型矩阵（Model Matrix）**：这个矩阵用于将模型的顶点从模型空间转换到世界空间。它考虑了模型的位置、旋转和缩放。在Shader中，它通常通过`unity_ObjectToWorld`变量获得。 2. **视图矩阵（View Matrix）**：这个矩阵用于将顶点从世界空间变换到观察空间（也称为相机空间）。它表示从世界空间中移除相机位置的影响。在Shader中，它通常通过`UNITY_MATRIX_I_V`变量获得。 3. **投影矩阵（Projection Matrix）**：这个矩阵用于将顶点从观察空间变换到裁剪空间。裁剪空间是Unity进行视锥体剔除和其他图形优化的地方。在Shader中，它通常通过`UNITY_MATRIX_P`变量获得。 4. **变换矩阵（Transform Matrix）**：这是模型矩阵、视图矩阵和投影矩阵的组合。在顶点着色器中，变换顶点时通常会先将顶点乘以模型矩阵，然后乘以视图矩阵，最后乘以投影矩阵，以获得裁剪空间中的顶点坐标。 在Shader中，这些矩阵通常已经包含了必要的变换信息，所以你不需要手动创建它们，只需要在代码中正确地引用它们即可。例如，在一个顶点着色器中，你可能会看到类似这样的代码： ```hlsl // 顶点着色器输入 struct appdata { float4 vertex : POSITION; }; // 顶点着色器输出 struct v2f { float4 vertex : SV_POSITION; }; // 顶点着色器函数 v2f vert(appdata v) { v2f o; // 应用变换矩阵来变换顶点 o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex); return o; } // 片段着色器（省略） ``` 在这个例子中，`UNITY_MATRIX_MVP`是一个预定义的矩阵，它是一个模型视图投影矩阵，用于将顶点从模型空间变换到裁剪空间。`MVP`是模型(Model)、视图(View)、投影(Projection)三个单词的缩写。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值