如何在vulkan中将屏幕上的点取消投影到对象空间坐标？

Question

我需要能够使用 Vulkan 将屏幕像素取消投影到对象空间中，但是我的数学在某个地方出错了。

这是今天的着色器供参考：

void main()
{
    //the depth of this pixel is between 0 and 1
    vec4 obj_space = vec4( float(gl_FragCoord.x)/ubo.screen_width, float(gl_FragCoord.y)/ubo.screen_height, gl_FragCoord.z, 1.0f);
    //this puts us in normalized device coordinates [-1,1 ] range
    obj_space.xy = ( obj_space.xy * 2.0f ) -1.0f;

    //this two lines will put is in object space coordinates
    //mvp_inverse is derived from this in the c++ side: 
    //glm::inverse(app.three_d_camera->get_projection_matrix() * app.three_d_camera->view_matrix * model);

    obj_space = ubo.mvp_inverse * obj_space;
    obj_space.xyz /= obj_space.w;


    //the resulting position here is wrong
    out_color = obj_space;
}

当我用颜色输出位置时，颜色是关闭的。我知道我可以简单地将对象空间位置从顶点着色器传递到片段着色器，但我想了解为什么我的数学不起作用，这将帮助我理解 Vulkan，也许自己也学一点数学。

谢谢！

Answer 1

我不完全确定您的问题是什么，但让我们看看潜在的问题。

记住，vulkan 剪辑空间是：

• 正 y = 向下，
• 正 x = 右，
• 正 z = out,
• 位于屏幕中间。

此外，尽管 OpenGL 的 GLSL 文档说它在 vulkan gl_FragCoord is centered at the top left corner 中位于左下角居中。

在这一步：

obj_space.xy = ( obj_space.xy * 2.0f ) -1.0f;

obj_space 现在是：

• 左x：-1.0
• 右 x : 1.0
• 顶部 y = -1.0
• 底部 y = 1.0
• 出 z = 1.0
• 后z = 0

我几乎完全确定您并不是说您的对象空间的顶部 Y 为负数。 y 从上到下增加的原因是图像和纹理，它们在 CPU 上的排序方式相同，现在在 vulkan 中排序。

其他一些注意事项：

你声称你的逆是从 glm::inverse 派生的：

glm::inverse(app.three_d_camera->get_projection_matrix() * app.three_d_camera->view_matrix * model);

但是 GLM 使用 OpenGL 表示法来表示矩阵尺寸和惯用手，除非您强制它使用正确的坐标系，否则它将假定右手正 Y 向上，z 负向外。您需要包含以下 #defines 才能正常工作（或物理更改您的计算以适应此情况）。

#define GLM_FORCE_DEPTH_ZERO_TO_ONE
#define GLM_FORCE_LEFT_HANDED

此外，您还需要修改矩阵以考虑负 Y 方向。这是我过去如何处理此问题的示例（直接修改透视矩阵）：

ubo.model = glm::translate(glm::mat4(1.0f), glm::vec3(pos_x,pos_y,pos_z));
ubo.model *= glm::rotate(glm::mat4(1.0f), time * glm::radians(0.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 1.0f));
ubo.view = glm::lookAt(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -10.0f), glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f));
ubo.proj = glm::perspective(glm::radians(45.0f), swapChainExtent.width / (float) swapChainExtent.height, 0.1f, 100.0f);
ubo.proj[1][1] *= -1; // makes the y axis projected to the same as vulkans