硬件渲染管线流程讲解，以及几种常用坐标空间概念（对象空间、世界空间、相机空间(观察空间)、NDC空间、裁剪空间、屏幕空间）

对象空间

• 每个模型都有一个其本身的坐标系，比如以它的几何中心为这个空间的坐标原点，这个模型所有顶点的位置属性都是相对于这个原点的坐标值。因此我们称这个空间为 对象空间 （局部空间）

世界空间

• 我们要把那个模型放入我们的游戏世界中，就要对其应用一个 Model矩阵，model就是对模型做移动、旋转、缩放变换，变换后模型就以一种特定的角度、大小、位置放置在 世界空间 中了

观察空间

• 渲染管线就是从三维空间中经过一系列计算、操作最终得到一张二维图像的过程
• 世界空间中，现在有着相机和我们摆放的模型，为了正确的得到相机所看到的图像，但是又想计算更方便，用很小的代价把相机移动到原点并且看向-z轴，头顶着y轴，x指向相机的右方（这是几种流行图形接口所定义的），记录这种变换为 view矩阵（包含移动、旋转），接着对所有其他模型做相同的view变换。这样可以让相机和模型们都是相对静止的。相机所看到的内容，跟view变换之前的没有任何区别。而这时，在世界中，相机和模型的绝对位置和朝向其实都变了，而这种以相机为原点，相机前方为-z、头顶y、右x的坐标空间就叫做 观察空间，以上这是在101课程中听到的一种view变换的理解方法
• 还能这样理解view变换：view矩阵是将物体从一个坐标系换到另一个坐标系的媒介。 位于世界空间的所有物体，它的坐标都是相对于世界原点而言的。做view变换之后，物体变为了以相机为原点，相机正前方向为-z轴，头顶为正y轴，右方为正x轴的坐标系来表示了

裁剪空间

• 此时整个世界的模型都处于观察空间中，然而相机是有一定的可视范围的，这个范围我们用一个视椎体来定义。所有在视椎体内部的对象是相机可见的（可以最终显示到屏幕上），而视椎体外部则不可见（剔除）
  
• 为了分辨谁可见谁不可见，对观察空间的所有模型顶点，应用一个 透视投影矩阵 ，将所有的顶点变换到 裁剪空间 内。实际上在OpenGL中，矩阵计算是在顶点着色器中进行的，顶点着色器的输出gl_Position就是顶点位于裁剪空间内的坐标值，如果顶点在视椎体内，则他的xyz分量值域为[-w,w]。如果有任何一个分量绝对值超过w，则这个顶点会被裁剪不会在屏幕中出现。w分量在MVP变换前，被指定为1，经过MVP变换后，w值记录的是变换前的实际深度值

标准化设备坐标NDC空间

• 实际上就是我们熟知的笛卡尔坐标系（x,y,z三个互相垂直的轴组成），只不过为了适配各种不同分辨率的输出设备，在NDC中规定了三个轴的取值范围为[-1,1]
• 顶点着色器执行完后，即MVP变换完毕，紧接着P变换的后面，硬件渲染管线会自动进行 透视除法，这个阶段不可编程，顶点三个分量都除以w分量，转换到 标准化设备空间NDC-space，所有的坐标归一化，落在[-1,1]的范围内
• 通常是硬件渲染管线中的固定功能，不可编程

屏幕空间

• 在这个阶段，NDC坐标会被映射到屏幕坐标，通常包括将x、y坐标映射到屏幕像素坐标，此时所处的空间就叫**屏幕空间**，这个空间就是 以(0, 0)为原点，y轴上为正，x轴右为正的坐标系中。坐标范围就是显示器的分辨率大小
• 也是硬件渲染管线中的固定功能阶段，不可编程
• 不同的图形API所采用的屏幕空间坐标系是有差异的，比如
  • OpenGL和vulkan以屏幕左下角为原点，坐标范围是[0, width]和[0, height]
  • DirectX以屏幕左上角为原点，y轴向下为正，坐标范围是[0, width]和[0, height]
  • shaderToy网站的像素着色器，采用的是屏幕正中心为原点，坐标范围是[-width/2, width/2]和[-height/2, height/2]

不同的图形API和引擎可能使用不同笛卡尔坐标系约定，包括左手系和右手系。

在左手系中

• x轴向右为正
• y轴向上为正
• z轴向外（远离观察者）为正

在右手系中

• x轴向右为正
• y轴向上为正
• z轴向内（朝向观察者）为正

转换坐标系：在将模型从一个图形API迁移到另一个图形API时，通常需要应用坐标系变换来处理坐标系差异。这可能包括镜像、旋转或反转坐标轴等变换。同样的问题在屏幕空间中也许需要类似处理。