Shader理论（2）：Unity中的各种坐标系_worldspaceviewdir

目录

前言

一、坐标系

1.1 世界坐标系（World Space）

1.2 本地坐标系（Local Space）：模型坐标系

1.3 屏幕坐标系（Screen Space）

1.4 观察坐标系（ViewPort Space）：视口坐标系

1.5 裁剪坐标（Clip Space）

1.6 UI坐标系

1.7 UV坐标系

二、坐标系的转化

三、其他

3.1 求物体（顶点）与摄像机的距离：

3.2 求物体（顶点）与摄像机的方向：

参考资料：

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前言

第二部分是关于写shader时经常会碰到的坐标系和坐标系转化相关的问题。

一、坐标系

1.1 世界坐标系（World Space）

世界坐标是按照笛卡尔坐标系定义出来的绝对坐标系，即空间直角坐标系。在unity中采用的是左手坐标系，即x为左右，y为上下，z为前后

获取方式：tranform.position

1.2 本地坐标系（Local Space）：模型坐标系

模型自身的坐标系，在创建模型时就已确定，需要在第三方建模软件中才能修改，在unity中无法修改坐标原点。

获取方式：transform.localPosition

在shader中默认输入的就是模型坐标

1.3 屏幕坐标系（Screen Space）

屏幕坐标系即将屏幕作为一个坐标系，以左下角为原点(0, 0)

1.4 观察坐标系（ViewPort Space）：视口坐标系

每个相机都是一个观察者，每个观察者都有自己的视界，将画面投影到该视口上，左下角为原点（0,0），右上角为（1,1）

1.5 裁剪坐标（Clip Space）

裁剪坐标是将观察世界的一部分截取出来。摄像机在取景的时候使用一个六面体去处理可视的区域，所有在这个区域的物体才会被显示。那么你肯定会有以为，为什么不直接用观察坐标，为什么一定要用这个裁剪呢？ 首先，相机有两种模式，即透视相机与正交镜头（没有近大远小的透视效果）。这两种模式的切换会在裁剪坐标中处理。其次裁剪坐标规定了那些模型计算后可以显示，那些模型计算后但不用显示。所以必须有这个步骤（参考链接：unity 七种坐标系统详解与互相转换的方法 模型坐标、世界坐标、观察坐标（视口坐标）、裁剪坐标、屏幕坐标、ui坐标、uv坐标_千年奇葩的博客-CSDN博客_模型坐标和世界坐标）

1.6 UI坐标系

ui坐标系是可视化窗口的最顶层，世界坐标系的物体都会被ui坐标系遮挡

1.7 UV坐标系

uv坐标系只负责定位贴图和模型的关系

二、坐标系的转化

//将顶点从模型空间转换为裁剪空间
float3 vec;
//模型空间转为裁剪空间
vec = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
// vec =  UnityObjectToClipPos(float4(v.vertex), 1.0));
                    
//模型空间转换为观察空间
vec =  UnityObjectToViewPos(v.vertex);
// vec =  mul(UNITY_MATRIX_MV, float4(v.vertex), 1.0)).xyz;
//从世界空间转到观察空间
vec =  UnityWorldToViewPos(v.vertex);
 
//模型空间转换到世界空间
vec =  UnityObjectToWorldDir(v.vertex);
//观察空间转为裁剪空间
vec =  UnityViewToClipPos(v.vertex);
//世界空间转到裁剪空间
vec =  UnityWorldToClipPos(v.vertex);
 
//法线
//法线从模型空间转换到世界空间
vec =  UnityObjectToWorldNormal(v.vertex);
//世界空间转到模型空间
vec =  UnityWorldToObjectDir(v.vertex);
                    
//摄像机相关
//输入一个object空间顶点位置，返回世界空间中从该点到摄像机的观察方向。
vec =  WorldSpaceViewDir(v.vertex); 
//输入一个object空间顶点位置，返回object空间中从该点到摄像机的观察方向。
vec =  ObjSpaceViewDir (v.vertex);
 
//灯光
//仅用于前向渲染，输入一个object空间顶点的位置，返回世界空间中从该点到光源的光照方向
vec =  WorldSpaceLightDir (v.vertex);
//仅用于前向渲染，输入一个object空间顶点的位置，返回object空间中从该点到光源的光照方向
vec = ObjSpaceLightDir (v.vertex);
 

三、其他

3.1 求物体（顶点）与摄像机的距离：

//先将坐标转换至裁剪空间
float3 viewPos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
//物体（顶点）与镜头距离
float distance = length(posView);

3.2 求物体（顶点）与摄像机的方向：

//先将坐标从模型空间转为世界空间
float3 worldPos = UnityObjectToWorldDir(v.vertex);
//物体（顶点）与摄像机的方向
o.viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(worldPos));

参考资料：

[1] 详解Unity中的各种坐标系_梦天幼的博客-CSDN博客_unity世界坐标和自身坐标

[2] unity 七种坐标系统详解与互相转换的方法 模型坐标、世界坐标、观察坐标（视口坐标）、裁剪坐标、屏幕坐标、ui坐标、uv坐标_千年奇葩的博客-CSDN博客_模型坐标和世界坐标

[3] Unity ShaderLab 坐标空间转换及方法_千年奇葩的博客-CSDN博客

unity 七种坐标系统详解与互相转换的方法 模型坐标、世界坐标、观察坐标（视口坐标）、裁剪坐标、屏幕坐标、ui坐标、uv坐标_千年奇葩的博客-CSDN博客_模型坐标和世界坐标介绍 unity 总共有四种坐标： 1，鼠标所在的屏幕坐标，只包含x，y值，数据类型是vector2 2，ui坐标，在canvas中的ui坐标。数据类型是vector3 3，世界坐标，三维世界坐标 数据类型是vector3 Unity3D的四种坐标系 【Unity3D的四种坐标系】1、World Space（世界坐标）：我们在场景中添加物体（如：Cube...https://blog.csdn.net/lengyoumo/article/details/80772323