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视口变换的矩阵求解

2018年02月09日 ⁄ 综合 ⁄ 共 758字 ⁄ 字号 评论关闭

视口变换在投影变换之后,投影变换是将viewing frustum(视景体)变换为一个cuboid(立方体),如下图


关于透视投影的矩阵求解,请参考
透视投影详解

视口变换则是将这个cuboid中的物体变换到视口中,见下图

 


其中
cuboid的坐标范围是

-1 x1

-1 y1

0 z1

viewport的坐标范围是

X xX + Width

Y yY + Height

MinZ zMaxZ

注:由上图知,视口的起点为(X,Y),宽高分别为WidthHeightx轴向右为正,y轴向下为正,y轴的方向与三维坐标正好相反。视口是一个2D平面,但是在viewport变换中,Z坐标也是跟着变换的,只是在这个图中没有体现。

 

先求变换矩阵的第一列

Cuboid中的左上角点(-1, 1, 0, 1)映射到viewport中的起点(X, Y, MinZ, 1),

Cuboid中的右上角点(1, 1, 0, 1)映射到viewport中的点(X+Width, Y, MinZ, 1),

假设变换矩阵的第一列为[x’, y’, z’, 1]T

根据矩阵乘法有

[-1, 1, 0, 1]* [x’, y’, z’, 1]T = X

[1, 1, 0, 1]* [x’, y’, z’, 1]T = X+Width

对应的两个方程为

-1*x’ + 1*y’ + 0*z’ + 1*w’ = X

1*x’ + 1*y’ + 0*z’ + 1*w’ = X+Width

解之得

x’ = Width/2

y’ = 0

z’ = 0

w’ = x + Width/2

 

再求第二列

列方程(这里省略了x’,z’,但结果不变,下同)

y’ + 1*w’=Y

-1*y’ + 1*w’=Y+Height


解之得

y’ = -Height/2

w’ = Y + Height/2

 

最后求第三列

列方程

0*z’ + 1*w’ = MinZ

1*z’ + 1*w’ = MaxZ

解之得

z’ = MaxZ – MinZ

w’ = MinZ

组合以上各列,得到视口变换矩阵

 

 

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