【三维基础】图形学中的几个空间及其变换顺序详解

图形学中涉及到多个坐标空间，这些空间之间的变换是图形渲染中的核心部分。下面是一些常见的图形学空间及其变换顺序：

1. 对象空间（Object Space）：

   • 这是模型的原始坐标空间，模型的顶点数据是在这个空间中定义的。
   • 变换：通常通过模型变换（Model Transformation）来改变模型在对象空间中的位置、旋转和缩放。

2. 世界空间（World Space）：

   • 模型在场景中的位置，旋转和缩放都是在世界空间中定义的。
   • 变换：世界变换（World Transformation）。

3. 观察空间（View Space 或 Camera Space）：

   • 这是从相机视角看到的场景。
   • 变换：视图变换（View Transformation）或摄像机变换。

4. 裁剪空间（Clip Space）：

   • 在这里进行透视除法，得到规范化设备坐标。
   • 变换：透视变换（Perspective Transformation）。

5. 规范化设备坐标空间（Normalized Device Coordinates，NDC）：

   • 所有的顶点坐标都被映射到[-1, 1]的范围内。
   • 变换：规范化。

6. 屏幕空间（Screen Space）：

   • 最后一步变换，将NDC坐标映射到屏幕像素坐标。
   • 变换：视口变换（Viewport Transformation）。

变换的顺序通常是从对象空间开始，经过模型变换，然后是世界变换，接着是视图变换，透视变换，规范化，最后是视口变换。

在图形管线中，几何数据首先被转换到世界空间（World Space），然后到相机空间（Camera Space），接着进行投影变换，得到裁剪空间的坐标。这个裁剪空间的坐标在[-w, w]范围内，其中w是顶点的齐次坐标的w分量。

裁剪空间中的坐标之后会经过视口变换（Viewport Transformation），将其映射到屏幕空间，最终渲染到屏幕上。

在裁剪空间中，可以进行裁剪操作，例如剔除不在视锥体内部的顶点，这样可以提高渲染效率。

在计算裁剪空间坐标时，通常使用齐次坐标来表示顶点位置，这样可以简化透视除法的计算。透视除法将裁剪空间中的坐标转换为规范化设备坐标（Normalized Device Coordinates，NDC），其x、y和z坐标范围在[-1, 1]之间。

案例参考GAMES101 04 games101-变换（模型、视图、投影）-CSDN博客