WebGL空间漫步——各个坐标系中的几何计算

WebGL中的坐标系

在WebGL中，存在着多个坐标系，每个坐标系都有其独特的作用和意义。

• 局部坐标系（Local Coordinate System） ：这是顶点在自身空间中的坐标系。在局部坐标系中，顶点的坐标通常以相对于顶点本身的偏移量来表示。
• 世界坐标系（World Coordinate System） ：这是所有物体所在的空间。在世界坐标系中，顶点的坐标以相对于场景原点的偏移量来表示。
• 相机坐标系（Camera Coordinate System） ：这是从摄像机的视角来看的坐标系。在相机坐标系中，顶点的坐标以相对于摄像机原点的偏移量来表示。
• 裁剪坐标系（Clip Coordinate System） ：这是经过透视投影后的坐标系。在裁剪坐标系中，顶点的坐标以相对于投影体（通常是立方体）的偏移量来表示。
• 窗口坐标系（Window Coordinate System） ：这是屏幕上的坐标系。在窗口坐标系中，顶点的坐标以相对于窗口左上角的偏移量来表示。

坐标系之间的变换

顶点在各个坐标系之间的转换是通过变换矩阵来实现的。变换矩阵是一个4x4的矩阵，它可以将一个坐标系的坐标转换为另一个坐标系的坐标。

• 模型视图矩阵（Model-View Matrix） ：模型视图矩阵将局部坐标系中的坐标转换为世界坐标系中的坐标。
• 投影矩阵（Projection Matrix） ：投影矩阵将世界坐标系中的坐标转换为裁剪坐标系中的坐标。
• 视口变换矩阵（Viewport Transform Matrix） ：视口变换矩阵将裁剪坐标系中的坐标转换为窗口坐标系中的坐标。

在WebGL中使用坐标系

在WebGL中，坐标系被用于执行各种几何计算，例如：

• 顶点着色器（Vertex Shader） ：顶点着色器将每个顶点的局部坐标系中的坐标转换为世界坐标系中的坐标。
• 片段着色器（Fragment Shader） ：片段着色器将每个像素的局部坐标系中的坐标转换为世界坐标系中的坐标。
• 光照计算 ：光照计算需要知道光源的位置和方向，以及物体的表面法线，这些都需要通过坐标系之间的变换来获得。
• 碰撞检测 ：碰撞检测需要知道物体在世界坐标系中的位置和大小，这也可以通过坐标系之间的变换来获得。

理解坐标系对于WebGL开发的重要性

理解坐标系对于WebGL开发非常重要。只有理解了坐标系，才能正确地执行几何计算，从而实现各种图形效果。例如，如果对投影矩阵的理解不正确，就可能导致物体无法正确地投影到屏幕上。

总结

总之，坐标系是WebGL中非常重要的概念。理解坐标系对于WebGL开发非常重要。只有理解了坐标系，才能正确地执行几何计算，从而实现各种图形效果。