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iOS SceneKit什么是逆变转换?(适用于假人)

cgaffinetransform ios14 metal scenekit shader

Alex Stone · 技术社区 · 4 年前

我是3D渲染的新手 Metal 和 SceneKit 。我看到需要将特定的“逆”变换传递给渲染器/着色器。我打印出了这些变换,看不出它们之间有什么关系。谷歌搜索的结果是一堆相当高级的主题。

所以我问像我这样的傻瓜一个问题:

着色器的“逆”视图变换是什么意思?

如果我不反转变换,会发生什么?

// Apple code below (with original comment):
// Pass view-appropriate image transform to the shader modifier so
// that the mapped video lines up correctly with the background video.

let sceneView = renderer as? ARSCNView,
let frame = sceneView.session.currentFrame 

let affineTransform = frame.displayTransform(for: .portrait, viewportSize: self.view.bounds.size)
let transform = SCNMatrix4(affineTransform)
let inverse = SCNMatrix4Invert(transform) // pass to shader


transform: 
SCNMatrix4(
m11: 0.0, m12: 1.0, m13: 0.0, m14: 0.0,
 m21: -1.5227804, m22: 0.0, m23: 0.0, m24: 0.0,
 m31: 0.0, m32: 0.0, m33: 1.0, m34: 0.0, 
m41: 1.2613902, m42: -0.0, m43: 0.0, m44: 1.0)
----
inversed:  
SCNMatrix4(
m11: 0.0, m12: -0.6566935, m13: 0.0, m14: 0.0, 
m21: 1.0, m22: 0.0, m23: 0.0, m24: 0.0,
 m31: 0.0, m32: 0.0, m33: 1.0, m34: 0.0, 
m41: 0.0, m42: 0.8283468, m43: 0.0, m44: 1.0)

这里有一些信息表明,上面的矩阵是平移、旋转和缩放的组合。虽然CGAffine变换将这些元素拆分为不同的元素,但在这里它们都被夹紧在一起:

https://www.javatpoint.com/computer-graphics-3d-inverse-transformations

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Alex Stone 4 年前

我发现了对象坐标在传递到渲染器之前所经历的步骤的精彩描述:

渲染摄影机图像时,逆变换使用摄影机内部函数将摄影机X、Y+可选深度转换为对象空间。相机内部函数将3D转换为2D,因此逆变换从2D转换为3D

const auto-localPoint=相机固有转换*simd_float3(相机点,1)*深度;

对象(局部)空间到世界空间(苹果示例中的localToWorld矩阵)(3x3矩阵)
世界空间视图/眼睛/相机空间视图矩阵(3x3矩阵,Z轴指向观察者/相机,Y轴指向上)
使用视图投影矩阵(4x4矩阵,具有W分量)将视图空间转换为剪辑空间。 X、大于W的Y、Z将被剪切或剔除-不渲染 .使用创建 matrix_float4x4_perspective 功能

我们现在有一个矩阵序列,它将把我们从对象空间到剪裁空间,这是Metal期望的空间将顶点着色器返回的顶点相乘这些矩阵一起产生模型视图投影(MVP)矩阵, 这是我们实际传递给顶点着色器的内容,以便每个顶点可以在GPU上乘以它。

// pseudocode, missing some matrix padding for multiplication purposes:
modelViewProjection = vertXYZ * localToWorld * viewMatrix * projectionMatrix

渲染器执行进一步的转换:

将空间剪裁到NDC(归一化设备坐标)(半立方体x,y-1到1,z 0到1)
NDC到窗口像素位置

Andy Jazz 3 年前

当相机捕获SCNScene时,场景深度数据会丢失,这是因为3D对象被映射到2D图像平面上。然而,如果我们想进行逆变换,那么仅考虑2D图像重建3D场景是行不通的。我们也需要深度。就是这样 inversedTransform 是为了。