OpenGL如何将像素点的窗口空间坐标转换为世界坐标？

坐标变换的流程

我们探讨的其实就是输入的顶点怎么变换为像素点的坐标（也就是窗口空间坐标），具体矩阵怎么求得感兴趣可以看下这篇文章。

1. 从物体空间到世界空间的变换是通过乘以基本变换矩阵（模型矩阵ModelMatrix）来实现的。
2. 从世界空间到摄像机空间的变换是通过乘以视图矩阵（ViewMatrix）来实现的、
3. 从摄像机空间到剪裁空间的变换是通过乘以投影矩阵（ProjectMatrix）来完成的，根据需求的不同可以选用正交投影或透视投影的相关变换矩阵。乘以投影矩阵后，任何一个点的坐标[x, y, z, w]中的x、y、z分量都将在-w～w内。
4. 下面的步骤就不归开发人员给管了，是由管线自动完成。下面我们已MVP变换的坐标点[x, y, z, w]说明。
5. 从剪裁空间到标准设备空间的变换是通过执行透视除法来完成的。所谓透视除法其实很简单，就是将齐次坐标[x, y, z, w]的4个分量都除以w，结果为[x/w, y/w, z/w,1]，本质上就是对齐次坐标进行了规范化。这个坐标叫做归一化的设备坐标（NormalizedDevice Coordinates , NDC），xyz分量的范围在[-1，1]。
6. 从标准设备空间到实际窗口空间变换的主要工作是将执行透视除法后的x、y坐标分量转换为实际窗口的xy像素坐标。主要的思路是将标准设备空间的xy平面（两个轴的坐标范围都是-1.0～1.0，构成一个矩形）对应到视口（也是一个矩形）上，将-1.0～1.0内的x、y坐标折算为视口上的像素坐标。最后计算结果（gl_FragCoord）也就是这样：

clientW、clientH为窗口的大小。

[
((x/w)/2.0+0.5)*clientW,
((y/w)/2.0+0.5)*clientH,
(z/w)/2.0+0.5,
1.0/w
]

每一步进行相应计算产生的具体效果如下：

将像素点转换为世界坐标

了解物体空间的本地坐标是如何转换为实际屏幕坐标也就是像素点的坐标（gl_FragCoord），反推一下，就可以得到像素点怎么转换为世界坐标了。
我们先确定下窗口空间坐标怎么转回NDC坐标。

1. 将xy分量分别除以窗口的大小，这样xy分量范围在[0，1]
2. 再将xyz分量都乘以2.0再减去1.0，这样xyz分量范围在[-1，1]
3. 最后把w分量的值设置为1.0，结果就是NDC坐标[x/w, y/w, z/w,1]
4. 不需要再乘以w，这种表现形式对于矩阵计算和[x, y, z, w]意义一样的。

1. 利用逆矩阵将像素点转换为世界坐标

片元着色器：

      mat4 vp = inverse(uProjectionMatrix * uViewMatrix);  
      //512是canvas画布大小
      vec4 worldPos =  vp * vec4(gl_FragCoord.xy/512.0*2.0-1.0,gl_FragCoord.z*2.0-1.0,1.0);
      worldPos = worldPos/worldPos.w;

参考文献：

1. OpenGL ES 3.x游戏开发（上卷）
2. LearnOpenGL