ワールド行列とビュー行列

ワールド行列とビュー行列

3Dグラフィックスでは、すべては座標空間に関するものです。オブジェクトには独自のローカル空間があり、その頂点は中心を基準に定義されています。ワールド行列は、これらのローカル座標をワールド空間（シーン内のすべてのオブジェクトが存在する共有座標系）に変換します。次にビュー行列がワールド空間をカメラ空間に変換します。カメラ空間では、カメラが原点にあり、特定の軸に沿って見ています。

ワールド行列には、オブジェクトの位置、回転、スケールが含まれています。3Dソフトウェアでオブジェクトを移動すると、そのワールド行列を変更していることになります。レンダラーがオブジェクトを描画するとき、各頂点をワールド行列で乗算して、その頂点がワールド内のどこにあるかを調べます。これにより、頂点がプラスマイナス1で定義された立方体が、シーン内のどこにでも現れることができるのです。

ビュー行列は、カメラのワールド行列の逆行列です。カメラが原点にあり、Z軸に沿って見るようにすべてを変換します。これにより、レンダラーが常にカメラ空間で動作するため、レンダリングの計算がはるかに簡単になります。次に投影行列が引き継いで、カメラ空間を画面上の最終的な2D画像に変換し、透視投影または正投影を適用します。

VFXトラッキングでは、これらの行列を常に扱います。トラッキングソフトウェアは、各フレームのカメラのワールド行列を提供し、シーン内のカメラの位置を示します。3Dパッケージにエクスポートすると、これがカメラのアニメーションになります。ワールド空間とビュー空間の違いを理解することで、オブジェクトが間違った場所や向きに表示される問題をデバッグするのに役立ちます。

法線行列は関連する概念です。不等スケールでオブジェクトを変換すると、表面の法線が歪みます。法線行列はワールド行列の逆転置であり、この歪みを補正して照明計算が正しくなるようにします。これはほとんどのレンダラーで自動的に処理されますが、スケーリングされたオブジェクトに奇妙な照明アーティファクトが発生した場合に知っておくとよいでしょう。