在图行图像领域探索View坐标系和视图变换的奇幻之旅

1. View坐标系：相机视角下的坐标舞台

View坐标系，顾名思义，就是以相机为中心建立的坐标系。在这个坐标系中，相机的位置始终位于原点，所有物体的坐标都是相对于相机位置而定义的。View坐标系的-z轴与相机的前方方向重合，+z轴与相机后方方向重合，而x轴和y轴则分别与相机左右和上下方向对齐。

View坐标系对于计算机图形学意义重大，它是3D场景中物体位置和朝向的基准。它不仅决定了物体在屏幕上的显示位置，还影响着光照、阴影和透视效果的计算。

2. 视图变换：从世界到屏幕的视觉之旅

视图变换，又称视点变换，是一系列将3D场景中的物体坐标从世界坐标系转换到View坐标系的数学运算。通过视图变换，我们可以将3D场景中的物体投影到2D屏幕上，从而实现可视化。

视图变换包括以下三个主要步骤：

1. 模型变换： 将物体从世界坐标系转换到局部坐标系。
2. 观察变换： 将局部坐标系转换到View坐标系。
3. 投影变换： 将View坐标系中的物体投影到2D屏幕上。

3. 模型变换：局部视角下的坐标转换

模型变换将物体从世界坐标系转换到局部坐标系。局部坐标系是相对于物体本身建立的坐标系，其原点位于物体中心，轴线与物体的主轴对齐。

模型变换通常由平移、旋转和缩放三种基本变换组成。平移变换将物体在空间中移动；旋转变换将物体绕着某个轴旋转；缩放变换则改变物体的尺寸。

4. 观察变换：从世界到View坐标系的转变

观察变换将局部坐标系转换到View坐标系。View坐标系是以相机为中心建立的坐标系，其原点位于相机位置，轴线与相机的前后、左右和上下方向对齐。

观察变换通常由平移和旋转两种基本变换组成。平移变换将局部坐标系移动到相机位置；旋转变换则将局部坐标系旋转到与相机坐标系对齐。

5. 投影变换：从3D到2D的视觉映射

投影变换将View坐标系中的物体投影到2D屏幕上。投影变换有两种主要类型：正交投影和透视投影。

正交投影将3D场景中的物体投影到一个与屏幕平行的平面上，从而产生一个正交视图。正交视图中，物体的大小与它们在3D场景中的实际大小成正比。

透视投影将3D场景中的物体投影到一个与屏幕成一定角度的平面上，从而产生一个透视视图。透视视图中，物体的大小与它们在3D场景中的实际大小成反比，离相机越近的物体看起来越大，离相机越远的物体看起来越小。

6. 总结：View坐标系和视图变换的魅力

View坐标系和视图变换是计算机图形学中的两个关键概念，它们共同作用将3D场景中的物体投影到2D屏幕上，从而实现可视化。通过理解这些概念，我们可以更好地理解3D建模、渲染和图形引擎的运作原理，并创造出更加逼真和生动的视觉效果。