Weltmatrix vs. Ansichtsmatrix

Weltmatrix vs. Ansichtsmatrix

In der 3D-Grafik dreht sich alles um Koordinatenräume. Ein Objekt hat seinen eigenen lokalen Raum, in dem seine Scheitelpunkte relativ zu seinem Mittelpunkt definiert sind. Die Weltmatrix transformiert diese lokalen Koordinaten in den Weltraum, das gemeinsame Koordinatensystem, in dem alle Objekte der Szene leben. Die Ansichtsmatrix transformiert dann den Weltraum in den Kameraraum, wo die Kamera im Ursprung ist und entlang einer bestimmten Achse schaut.

Die Weltmatrix enthält die Position, Rotation und Skalierung des Objekts. Wenn Sie ein Objekt in Ihrer 3D-Software bewegen, ändern Sie seine Weltmatrix. Wenn der Renderer das Objekt zeichnet, multipliziert er jeden Scheitelpunkt mit der Weltmatrix, um herauszufinden, wo sich dieser Scheitelpunkt in der Welt befindet. Deshalb können Sie einen Würfel haben, der mit Scheitelpunkten bei plus oder minus eins definiert ist, und er kann überall in der Szene erscheinen.

Die Ansichtsmatrix ist die Inverse der Weltmatrix der Kamera. Sie transformiert alles so, dass die Kamera im Ursprung ist und entlang der Z-Achse schaut. Dies macht die Rendermathematik viel einfacher, da der Renderer immer im Kameraraum arbeitet. Die Projektionsmatrix übernimmt dann, um den Kameraraum in das endgültige 2D-Bild auf dem Bildschirm zu transformieren, wobei perspektivische oder orthografische Projektion angewendet wird.

Beim VFX-Tracking arbeiten Sie ständig mit diesen Matrizen. Die Tracking-Software liefert Ihnen für jedes Bild die Weltmatrix der Kamera, die Ihnen sagt, wo sich die Kamera in der Szene befand. Wenn Sie in ein 3D-Paket exportieren, wird dies zur Animation der Kamera. Das Verständnis des Unterschieds zwischen Welt- und Ansichtsraum hilft Ihnen, Probleme zu beheben, wenn Objekte an der falschen Stelle oder mit falscher Ausrichtung erscheinen.

Normalenmatrizen sind ein verwandtes Konzept. Wenn Sie ein Objekt mit nicht uniformer Skalierung transformieren, werden die Normalen der Oberfläche verzerrt. Die Normalenmatrix ist die inverse Transponierte der Weltmatrix und korrigiert diese Verzerrung, sodass die Beleuchtungsberechnungen korrekt sind. Dies wird von den meisten Renderern automatisch gehandhabt, aber es ist gut, es zu wissen, wenn Sie auf seltsame Beleuchtungsartefakte an skalierten Objekten stoßen.