3D數學 座標系

2021-07-03 18:50:49 字數 1564 閱讀 5668

什麼是多座標系?用處是什麼?

顧名思義,多座標係指在同一空間的不同座標系。如下圖為了繪製不同的幾何體,有時需要更換乙個相對容易繪製的座標系,這就形成了多座標系。

該如何表示各種座標系關係?

在遊戲模型中,為了表達乙個模型各個部位,需要建立多座標系。而這些不同的座標系又有巢狀關係(如耳朵座標系巢狀在頭部座標系中,頭部座標系又巢狀在上體座標系,上體座標系又巢狀在整個身體座標系中),這就形成巢狀座標系。這種層層巢狀的關係,形成的樹狀圖就叫座標系層次樹。

這麼多的座標系不會造成混亂嗎?

這時我們就需要乙個參考座標系,來表示各種座標系的原點的相對位置,這個參考座標系就是世界座標系。世界座標系是固定的,一單選取後它不會改變了,否則就沒有參考的意義了。

表示乙個特定物體的運動,該用什麼座標系?

我們日常生活中表達乙個物體的運動,我們通常都是拿這個物體自身的座標系來表達,比如向前走,是相對這個物體本身的前方向,這個物體自身就是物體座標系。我們可以想象物體在運動的時候,物體座標系也會隨之運動。拓展開來,不但是物體的運動,遊戲中物體模型的縮放、旋轉等操作為了方便,用的都是物體座標系。

遊戲中看到的畫面要用什麼座標系呢?

遊戲中我們看到的畫面好比一台攝像機在拍攝過程中看到的畫面,這台攝像機有一定的視角,超出視角範圍的物體顯然是拍不到的。舉個例子,我們玩第一人稱視角的遊戲,玩家角色就像拿著一台攝像機在拍攝遊戲場景(遊戲製作中也通常把攝像機物體巢狀在第一人稱視角的主角模型中,形成前面所說的巢狀座標系。當主角運動時,攝像機隨之相對運動,就非常方便了)。我們稱這個攝像機的物體座標係為攝像機座標系。攝像機座標繫在遊戲設計中是非常重要的乙個座標系。

能不能從世界座標系轉換到物體座標系呢?

從世界座標系轉到物體座標系,很簡單,只需要將世界座標系原點移動到物體座標系原點,然後將得到的過渡座標系的軸方向變成物體座標系軸的方向,這個時候就得到物體座標系。這個過渡的座標系叫慣性座標系。你可以先移動再旋轉,也可以先旋轉再移動來轉換。也可以從物體座標系轉換到世界座標系,方法都是一樣的嘛。

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