常复习篇章。

渲染空间转换过程

VertShader

Object模型空间开始

——(UNITY_MATTIX_M)——>World空间

——(UNITY_MATTIX_V)——>View视角空间

——(UNITY_MATRIX_P透视或正交)——>齐次空间

中间

硬件会做这些操作，但是如果想在FragShader里使用ScreenPos，需要自己计算。通过齐次空间的坐标进行计算。

Clip齐次空间——(裁剪)——(齐次除法，各分量除以w)——>NDC——(视口变换)——>Screen屏幕空间

FragShader

获取到的是Vert最后传过来的SV_POSITION，齐次空间的坐标。

虽然这时候已经是在计算像素了，但是像素POS是未知的，如果需要像素位置，需要自己计算。

模型空间

模型以自身中心为原点，每个顶点基于原点的坐标。

切线空间

N为法线(Normal)，代表z轴。

T为切线(Tangent)，代表x轴。

B为副切线(BitTangent)，代表y轴。

以Sphere为例，切线空间的三个分量(x，y，z)只考虑方向在模型空间就是本身(T, B, N)。

表示为矩阵是，一般叫TBN矩阵。（T、B、N都是模型空间）

具体切线空间的转换写过一篇知乎：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/361417740

世界空间

一般把模型的各个顶点从模型空间转换到世界空间。

Unity显示WorldPos.x

1	o.worldSpacePos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex);

视角空间

视角空间的转换矩阵可以拆解为旋转和位移，一般无Scale。

比如已知Camera在World中的Position和Rotation，本身Camera的Tranform是CameraToWorld。

WorldToCameraView是先位移-Camera.Pos，然后再乘CameraToWorld旋转矩阵的逆矩阵。

一般从世界空间转到视角空间。使用UNTIY_MATRIX_V。

1	o.viewSpacePos = mul(unity_WorldToCamera, o.worldSpacePos);

原点从世界中心到了camera原点。并-Z前、Y上、X右。

这意味着Unity视角空间又使用了左手坐标系(世界空间是右手)。

这个时候-z就是物体在场景的深度。

Unity里视角空间显示出来：可以看出来-z是正方向。

灯光空间

一般从世界空间转换到灯光空间。

和View空间转换一样，WorldToLight是通过LightToWorld获取。

ShadowMap空间

采样ShadowMap的时候，是需要从世界空间转换到ShadowMap空间。

经历的阶段World——>Light——>阴影视锥体空间投影

UE的写在了ShadowMap篇。

UnitySRP这个接口获取到CSM的View和Projection矩阵。

获得了ViewMatrix和ProjectionMatrix，然后再做Tile划分。

齐次裁剪空间

一般从View视角空间，再投影到齐次空间。

有透视投影和正交投影两种。

投影矩阵之前推导过，翻一下笔记本。

//todo 加推导投影矩阵过程 Games101的

//从模型空间直接MVP到Clip空间

//clipPos的w就是 View空间的深度-z
//clipPos的xyz取值范围在(-w,w)
o.clipPos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); 
o.clipPos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);

NDC空间(标准化设备空间)

ClipPos——>透视除法(xyz/w)——>NDC

vert shader结束输出clipPos之后，GPU做裁剪，然后做透视除法将顶点转到NDC。

透视除法是把Clip空间的pos各个分量除以w，范围归一到[-1, 1]

NDC就是一个方格子，在格子之外就裁剪掉。

NDC的范围根据平台不太一样。

-	-	-
ReversedZ	NDC Z范围(1,0)	DX
NoReversedZ	NDC Z范围(-1,1)	OpenGL

下面图代表Z的取值范围示意图。

屏幕空间坐标(如Pixel1920x1080)

映射屏幕的过程：

x(-1 , 1)——>(0, PixelWidth)

y(-1 , 1)——>(0, PixelHeight)

o.scrPos.x = (o.clipPos.x / o.clipPos.w + 1) * _ScreenParams.x * 0.5f;

o.scrPos.y = (o.clipPos.y / o.clipPos.w + 1) * _ScreenParams.y * 0.5f;

屏幕空间UV(0~1)

和屏幕空间坐标类似，只不过不乘屏幕宽高。

o.screenUV.xy = (o.clipPos.xy / o.clipPos.w + 1) * 0.5f;

齐次空间的屏幕UV(0~w)

o.scrPos = ComputeScreenPos(o.clipPos); //返回齐次坐标下的屏幕坐标, xy范围为(0,w)

它的结果保留了w，如果想采样，用tex2Dproj不用手动除w。

也可以手动tex2D(_Tex，i.scrPos.xy / i.scrPos.w)

//Unity里ComputeScreenPos算法
inline float4 ComputeNonStereoScreenPos(float4 pos) {
    float4 o = pos * 0.5f;
    o.xy = float2(o.x, o.y*_ProjectionParams.x) + o.w;
    o.zw = pos.zw;
    return o;
}

深度重建世界坐标

基本上大多数算法都会用到。

推导过程：

已知：NDC = ClipPos / Clip.w

worldPos.xyz

= _InverseVP * ClipPos

= _InverseVP * NDC * Clip.w

因为此时不知道Clip.w，但是有一个情况是worldPos.w = 1

1 = worldPos.w = (_InverseVP * NDC).w * ClipPos.w

clipPos.w = 1 / (_InverseVP * NDC).w

worldPos.xyz = _InverseVP * NDC / (_InverseVP * NDC).w

  //unity里深度重建worldpos代码
  float depth = LoadDepth(pixelCoord);
float2 screenUV = screenUV.xy;

#if UNITY_REVERSED_Z
   float3 NDC = float3(screenUV.uv.x * 2 - 1, 1 - screenUV.uv.y * 2, depth);
#else
   float3 NDC = float3(screenUV.uv.xy * 2 - 1, depth * 2 - 1);
#endif

float4 worldPos = mul(_InverseVPMatrix, NDC);
worldPos.xyz /= worldPos.w;

深度重建视角坐标

视角坐标和世界空间差不多，就是_InverseVP换成_InverseP

原理 Base

渲染 空间转换过程