任何坐标系,都是用来描述物体的运动轨迹,在游戏中会经常使用坐标系,它们大部分是为了计算物体的位置、距离和角度。
二维坐标系
坐标系的专业名称叫做笛卡尔坐标系,它分为二维笛卡尔坐标系和三维笛卡尔坐标系(以下简称坐标系),二维坐标系由原点、X轴和Y轴组成。在游戏领域,二维坐标系主要在屏幕空间映射时会使用到,它分为两个标准:OpenGL和DirectX,它们之间最大的区别在于对原点和Y轴的位置定义不同。OpenGL标准原点在左下角,Y轴正轴朝上;而DirectX标准原点在左上角,Y轴正轴朝下。
三维坐标系
三维坐标系由原点、X轴、Y轴和Z轴组成,坐标轴之间两两互相垂直相交。三个坐标轴又叫做坐标系的基矢量,如果坐标轴长度都为1,那么这样的基矢量被称为标准正交基,正交这个词我们经常听见,它其实就是表示互相垂直的意思。
三维坐标系在游戏引擎、建模软件中经常使用,它的情况要比二维坐标系更加复杂。不同的软件,采用的三维坐标系朝向都可能有所不同,有的是Y轴朝上,有的是Z轴朝上,虽然朝向各有所不同,但总的可分为两大类:左手坐标系和右手坐标系。任何软件使用的三位坐标系,总是可以通过旋转来判断出它是左手坐标系还是右手坐标系。
游戏中向前、向右等方向的描述,和游戏引擎使用的坐标系有很大的关系。不同的游戏引擎,前后方向都很可能是相反的,所以明确坐标系的类型非常重要。
另外一个就是旋转方向问题。以钟表为例,顺时针和逆时针旋转大家都能分清楚吧。对于左手坐标系而言,它旋转的正方向是顺时针,而右手坐标系旋转的正方向是逆时针。大家可以通过左右手法则,来确定旋转的正方向。以左手坐标系为例,伸出左手,拇指竖直,其他手指微握,微握的方向就代表左手坐标系旋转的正方向。右手坐标系同样如此。
各种空间概念
游戏开发中经常会听到各种空间,什么模型空间、世界空间、观察空间和屏幕空间,它们到底是什么意思呢?
模型空间
模型空间又叫对象空间或者局部空间,每个模型自身就是一个坐标系,在编写shader时我们说的顶点坐标,其实是模型上的点相对于模型空间的原点而言的。模型的原点是可以在三维软件自定义的。
以3dsMAX为例,它可以通过调整轴来修改原点位置,原点一旦修改,模型导出后,各顶点的坐标也会发生改变。