让 3D 世界变得更加真实：探索 WebGPU 透视投影

在上一篇文章中，我们介绍了如何制作 3D 图形，但这些图形没有任何透视效果。它使用的是所谓的“正交”视图，它有其用途，但通常不是人们说“3D”时想要的。现在，我们需要添加透视效果。

那么，究竟什么是透视？它的基本特征就是离相机越远，物体就显得越小。这是因为相机就像一个针孔，光线从物体表面反射到相机，然后在胶片或传感器上形成图像。离相机越远的物体，光线与相机之间的夹角就越小，因此在图像上占据的面积也就越小。

在计算机图形学中，透视投影是模拟相机成像过程的一种技术。它通过将 3D 物体投影到 2D 平面上来创建具有空间纵深感的图像。透视投影可以分为三个步骤：

1. 将 3D 物体转换为裁剪空间。裁剪空间是一个三维空间，它将物体限制在一个有限的体积内。
2. 将裁剪空间中的物体投影到视锥体。视锥体是一个三维空间，它由相机的位置和方向确定。
3. 将视锥体中的物体投影到视口。视口是 2D 平面，它定义了图像在屏幕上的位置和大小。

透视投影是创建逼真 3D 图形的重要技术。它可以用来制作游戏、电影、动画和其他类型的 3D 内容。

在 WebGPU 中，可以使用 PerspectiveMatrix 对象来创建透视投影矩阵。PerspectiveMatrix 对象有两个构造函数：

PerspectiveMatrix(fieldOfView: number, aspectRatio: number, near: number, far: number): PerspectiveMatrix;
PerspectiveMatrix(fovy: number, aspect: number, zNear: number, zFar: number): PerspectiveMatrix;

第一个构造函数使用视场角（fieldOfView）、宽高比（aspectRatio）、近裁剪平面（near）和远裁剪平面（far）作为参数。视场角是指相机可以捕捉到的视野范围，它通常用弧度表示。宽高比是指图像的宽度与高度之比。近裁剪平面和远裁剪平面是指视锥体的两个平面，它们决定了哪些物体会被渲染。

第二个构造函数使用垂直视场角（fovy）、宽高比（aspect）、近裁剪平面（zNear）和远裁剪平面（zFar）作为参数。垂直视场角是指相机可以捕捉到的垂直视野范围，它通常用弧度表示。

一旦创建了透视投影矩阵，就可以将其应用于 3D 物体。这可以通过调用 setProjectionMatrix() 方法来实现。

setProjectionMatrix(matrix: PerspectiveMatrix): void;

setProjectionMatrix() 方法将透视投影矩阵应用于当前的着色器程序。

透视投影是一种创建逼真 3D 图形的重要技术。在 WebGPU 中，可以使用 PerspectiveMatrix 对象来创建透视投影矩阵。通过调用 setProjectionMatrix() 方法，可以将透视投影矩阵应用于当前的着色器程序。