Clip Space、NDC、Screen Space

Posted 2023-03-28

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Clip Space、NDC、Screen Space相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A

先看两张图片：

可以看到裁剪空间（Clip Space）最后会转换到屏幕空间（Screen Space），最终输出到屏幕上并显示正确的图像，模型空间-->世界空间-->观察空间，这几步是比较容易理解的，直接通过矩阵转换就可以得到相应的坐标，但是裁剪空间-->屏幕空间，其实还有两个中间步骤：转换到NDC(标准化设备坐标)与屏幕映射（OpenGL好像叫视口变换）。
先解释下裁剪空间，观察空间实际就是相机为原点的空间，而相机可分为透视模式和正交模式，透视模式的可视区域是一个梯形的椎体，正交模式是一个矩形，如下：

无论哪种模式，都是有可视范围的，超出可视范围（近裁剪平面、远裁剪平面和上下左右边界）的物体就看不到，看不到的东西就没有必要渲染，所以要将不可见的物体裁剪掉，留下可见的范围内的物体就可以了，所以裁剪空间实际上是在观察空间的基础上增加了一个区域限制，把坐标限制在可见的范围内。

转换到裁剪空间后经过GPU的裁剪处理就可以得到最终需要被渲染的物体顶点坐标了，接下来GPU会做透视除法将顶点转换到NDC中，透视除法将裁剪空间中顶点的4个分量都除以w分量，就从裁剪空间转换到了NDC了，NDC是一个长宽高取值范围为[-1,1]的立方体，具体的推导就不展开说了，网上有很多大牛的详细推导过程。

注：在DirectX里面，NDC的z方向取值范围是[0,1]，在Unity中可以用UNITY_NEAR_CLIP_VALUE获取z方向近平面的值，在openGL环境下是-1.0，DirectX中是0.0。

将顶点坐标都转换到NDC后，下一步就是屏幕映射，这个就取决于最终要渲染到的窗体分辨率，注意是窗体分辨率，不是屏幕分辨率，因为在移动平台上一般不允许改变渲染窗体的分辨率，通常是全屏显示，也就是屏幕分辨率，而pc上修改窗体大小改变分辨率就比较普遍，最终通过屏幕映射得到屏幕空间的坐标。在Unity中，屏幕空间左下角的像素坐标是(0,0)，右上角是(pixelWidth,pixelHeight)。
(Vertex Shader) => Clip Space => (透视除法) => NDC => (视口变换) => Screen Space => (Fragment Shader)
不过这些Unity会自动帮助我们完成，我们只需要知道原理就可以了。