3D渲染引擎的相机矩阵：开启视觉世界的探索之旅

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2023-01-25 02:08:24

探索相机矩阵：3D 渲染引擎的核心

引言：

踏入虚拟世界的旅程始于相机，它就像一扇通往3D世界的窗口。本文将深入剖析相机的概念，揭秘它如何通过一系列矩阵控制观察角度和位置，从而影响最终的渲染结果。

相机矩阵：通往3D 世界的桥梁

相机由三个关键矩阵组成：模型视图矩阵、投影矩阵和视口矩阵。这些矩阵协同工作，将 3D 世界中的物体投影到 2D 屏幕上。

模型视图矩阵： 将物体从模型空间（它们存在的原始空间）变换到观察空间（相机所在的位置）。这让我们能够从不同的角度查看物体。
投影矩阵： 将观察空间中的物体投影到裁剪空间，这是一个包含所有可见物体的立方体。
视口矩阵： 将裁剪空间中的物体映射到屏幕空间，这是我们在显示器上看到的结果。

操纵相机矩阵，探索渲染的奥秘

通过理解和控制相机矩阵，我们可以改变观察位置和角度，从而获得不同的渲染结果。

平移相机位置： 实现 3D 世界中的移动效果，就像在虚拟环境中漫步。
旋转相机角度： 实现 3D 世界中的旋转效果，提供动态的视角。
调整投影矩阵： 改变透视效果，从广角到长焦，产生不同的视觉冲击。

相机矩阵：3D 渲染引擎的心脏

相机矩阵是 3D 渲染引擎的关键组件，负责控制观察者的视角和位置。通过掌握这些矩阵，我们可以创造出栩栩如生的 3D 世界，让观众沉浸其中。

代码示例：

// 创建相机矩阵
const modelViewMatrix = mat4.create();
const projectionMatrix = mat4.create();
const viewportMatrix = mat4.create();

// 设置相机位置和方向
mat4.translate(modelViewMatrix, modelViewMatrix, [0, 0, -10]);
mat4.rotate(modelViewMatrix, modelViewMatrix, 0.5, [1, 0, 0]);

// 设置投影矩阵为透视投影
mat4.perspective(projectionMatrix, Math.PI / 4, 1, 0.1, 100);

// 设置视口大小
mat4.viewport(viewportMatrix, 0, 0, window.innerWidth, window.innerHeight);

// 使用相机矩阵渲染物体
gl.uniformMatrix4fv(modelViewMatrixLocation, false, modelViewMatrix);
gl.uniformMatrix4fv(projectionMatrixLocation, false, projectionMatrix);
gl.uniformMatrix4fv(viewportMatrixLocation, false, viewportMatrix);