屏幕空间像素的位置,是一个二维的浮点数,而世界空间的位置,则是三维的浮点数。实现的基本思路很简单,是世界空间位置变换到屏幕空间位置的逆过程,只是稍微有些区别。
简单的说,世界空间位置变换到屏幕空间位置的步骤是这样的:
世界空间变换到观察空间,观察空间变换到投影空间,然后裁剪空间
float4 viewPos=mul(UNITY_MATRIX_V, float4(worldPos, 1.0));
float4 projectionPos=mul(UNITY_MATRIX_P, viewPos);
第二步,裁剪空间变换到屏幕空间位置
float4 projectionPos——>float2 screenPos
这里也可以分为两小步,透视除法和屏幕映射
如果我们从屏幕空间位置反推世界空间位置的话,需要知道裁剪空间或观察空间的位置,然后直接乘逆矩阵变换到世界空间即可。
但是如果要得到裁剪空间的位置,我们缺少w的信息,只有屏幕空间的位置xy,线性深度z(unity从深度贴图的直接取出的深度为非线性的)。
深度图采样,然后线性0-1,这时候得到的值是屏幕空间的线性深度Z。
观察空间的Z计算即,观察空间的近裁剪屏幕的位置+近裁剪平面与远面之间的距离的线性深度。
float zdepth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv.xy);
float linearDepth=Linear01Depth(depth);
float viewPosZ=_ProjectionParams.y+(_ProjectionParams.z-_ProjectionParams.y)*linearDepth;
_ProjectionParams在Unity中的format为:
float4 _ProjectionParams;
// x = 1 or -1 (-1 if projection is flipped)
// y = near plane
// z = far plane
// w = 1/far plane
float height = 2 * camPosZ / unity_CameraProjection._m11;
float width = _ScreenParams.x / _ScreenParams.y * height;
unity_CameraProjection是摄像机的投影矩阵,具体的内容可以看Unity的API文档,unity_CameraProjection._m11的内容是:
unity_CameraProjection._m11= 2.0F * near / (top - bottom);
这里的near就是计算得到的camPosZ,top-bottom即height。
知道高度和屏幕宽高的比例后,就可以计算宽度
// x = width
// y = height
// z = 1 + 1.0/width
// w = 1 + 1.0/height
float4 _ScreenParams;
float camPosX = width * uv.x - width / 2; float camPosY = height * uv.y - height / 2;
在屏幕空间,原点位于左下角。但是在观察空间的视椎体切面上,原点位于屏幕的中心。
最后,矩阵乘法变换观察空间到世界空间
float3 worldPos=mul(unity_CameraToWorld, camPos).xyz;