深度缓冲是一种用于图形渲染的技术,它记录了每个像素离视点(相机)有多远。在深度缓冲中,距离视点越近的像素具有较低的深度值,而距离视点越远的像素具有较高的深度值。
如果我们要从深度缓冲重建世界空间位置,可以使用以下方法:
- 逆投影
逆投影方法首先将屏幕上的像素坐标转换为相机空间的坐标,在这个过程中需要使用相机的投影矩阵和逆变换矩阵。然后通过插值法计算出该像素对应的深度值,并将深度值转换为相机空间的 Z 坐标。最后,将这些坐标转换为世界空间坐标,就可以得到场景中的物体位置。
- 反射线追踪
反射线追踪方法会从相机位置向后发射一条射线,直到它与深度缓冲中储存的深度值相交。这样可以计算出相机位置到该位置的距离,进而推导出物体的世界空间位置。
下面是逆投影的推导过程:
首先,将屏幕上的像素坐标转换为 NDC(归一化设备坐标)坐标:
$$x{ndc} = \frac{x{pixel}}{width} 2 - 1$$
$$y{ndc} = \frac{y{pixel}}{height} 2 - 1$$
其中,$width$ 和 $height$ 分别为屏幕宽度和高度。接着将 NDC 坐标转换为相机坐标:
$$\begin{bmatrix}x{cam}\y{cam}\z{cam}\w{cam}\end{bmatrix} = \begin{bmatrix}x{ndc}\y{ndc}\z{ndc}\w{ndc}\end{bmatrix} * P^{-1}$$
其中,$P$ 为相机的投影矩阵,$P^{-1}$ 为其逆变换矩阵。然后通过插值法确定该像素的深度值:
$$z{interp} = depthbuffer[x{pixel}, y_{pixel}]$$
最后,将 $z_{interp}$ 转换为相机空间的 Z 坐标,并将相机空间坐标转换为世界空间坐标:
$$\begin{bmatrix}x{world}\y{world}\z{world}\end{bmatrix} = V^{-1} * \begin{bmatrix}0\0\z{cam}\end{bmatrix}$$
其中,$V$ 为相机的视图矩阵。
需要注意的是,以上方法只能在存在深度信息的像素上有效。因此,通常需要在深度缓冲中进行插值或平滑化处理,以使得结果更加准确。 |