OpenGL：从 GLSL 中的窗口空间坐标计算眼空间坐标？

Question

如何从窗口空间（帧缓冲区中的像素）坐标+ GLSL 中的像素深度值（可以这么说，GLSL 中的 gluUnproject）计算眼睛空间坐标？

Answer 1

看起来与 GLSL 将 gl_FragCoord.z 转换为眼睛空间 z 重复。

编辑（完整答案）：

// input: x_coord, y_coord, samplerDepth
vec2 xy = vec2(x_coord,y_coord); //in [0,1] range
vec4 v_screen = vec4(xy, texture(samplerDepth,xy), 1.0 );
vec4 v_homo = inverse(gl_ProjectionMatrix) * 2.0*(v_screen-vec4(0.5));
vec3 v_eye = v_homo.xyz / v_homo.w; //transfer from homogeneous coordinates

Answer 2

假设您坚持使用固定的管道式模型、视图和投影，您可以准确地实现 gluUnProject 手册页。

GLSL 中没有内置矩阵求逆，因此理想情况下您应该在 CPU 上进行求逆。因此，您需要提供组成的 modelViewProjection 矩阵的逆矩阵的统一。 gl_FragCoord 在窗口坐标中，因此您还需要提供视图尺寸。

因此，您可能最终会得到类似的结果（即席编码）：

vec4 unProjectedPosition = invertedModelViewProjection * vec4( 
               2.0 * (gl_FragCoord.x - view[0]) / view[2] - 1.0, 
               2.0 * (gl_FragCoord.y - view[1]) / view[3] - 1.0,
               2.0 * gl_FragCoord.z - 1.0,
               1.0);

如果您已经实现了自己的旧矩阵堆栈的类似物，那么您可能可以很好地反转矩阵。否则，这可能是一个比您预期的更令人畏惧的主题，而且您可能会做得更好关闭使用 MESA 的开源实现 (请参阅 invert_matrix，该文件中的第三个函数），只是因为它已经过良好的测试（如果没有其他的话）。

Answer 3

好吧，opengl.org 上的一个人指出，投影产生的剪辑空间坐标除以 ClipPos.w 来计算标准化设备坐标。当从 ndc 上的片段反转到剪辑空间坐标时，您需要重建 w （恰好是相应视图空间（相机）坐标的 -z ），并将 ndc 坐标与该值相乘以计算正确的剪辑空间坐标（您可以通过将其与逆投影矩阵相乘将其转换为视图空间坐标）。

以下代码假设您正在后处理中处理帧缓冲区。在渲染几何体时处理它时，可以使用gl_FragCoord.z而不是texture2D（sceneDepth，ndcPos.xy）.r。

代码如下：

uniform sampler2D sceneDepth;
uniform mat4 projectionInverse;
uniform vec2 clipPlanes; // zNear, zFar
uniform vec2 windowSize; // window width, height

#define ZNEAR clipPlanes.x
#define ZFAR clipPlanes.y

#define A (ZNEAR + ZFAR)
#define B (ZNEAR - ZFAR)
#define C (2.0 * ZNEAR * ZFAR)
#define D (ndcPos.z * B)
#define ZEYE -(C / (A + D))

void main() 
{
vec3 ndcPos;
ndcPos.xy = gl_FragCoord.xy / windowSize;
ndcPos.z = texture2D (sceneDepth, ndcPos.xy).r; // or gl_FragCoord.z
ndcPos -= 0.5;
ndcPos *= 2.0;
vec4 clipPos;
clipPos.w = -ZEYE;
clipPos.xyz = ndcPos * clipPos.w;
vec4 eyePos = projectionInverse * clipPos;
}

基本上这是 gluUnproject 的 GLSL 版本。

Answer 4

我刚刚意识到没有必要在片段着色器中进行这些计算。您可以通过在 CPU 上执行此操作并将其与 MVP 逆相乘来节省一些操作（假设 glDepthRange(0, 1)，请随意编辑）：

glm::vec4 vp(left, right, width, height);
glm::mat4 viewportMat = glm::translate(
    vec3(-2.0 * vp.x / vp.z - 1.0, -2.0 * vp.y / vp.w - 1.0, -1.0))
  * glm::scale(glm::vec3(2.0 / vp.z, 2.0 / vp.w, 2.0));
glm::mat4 mvpInv = inverse(mvp);
glm::mat4 vmvpInv = mvpInv * viewportMat;
shader->uniform("vmvpInv", vmvpInv);

在着色器中：

vec4 eyePos = vmvpInv * vec4(gl_FragCoord.xyz, 1);
vec3 pos = eyePos.xyz / eyePos.w;

Answer 5

我认为所有可用的答案都从某个方面触及了问题，并且 khronos.org 有一个 Wiki 页面，其中列出了一些不同的案例并用着色器代码进行了解释，因此值得在此发布。
从窗口空间计算眼空间。