"《Introduction to 3D Game Programming with DirectX 10》是Frank D. Luna所著的一本关于Direct3D 10游戏开发的书籍,由汤毅翻译,内容涵盖从基础的数学工具到高级图形技术。本书旨在帮助读者掌握Direct3D和着色器编程,适用于中级C++程序员、熟悉其他图形API如OpenGL的程序员以及希望学习Direct3D 10新特性的高级程序员。"
在3D图形编程中,拾取射线是用于检测用户在屏幕上点击或选择的对象的重要工具。标题和描述提到的"世界/本地空间中的拾取射线"是指在不同的坐标系中进行射线与物体相交测试的过程。
首先,我们需要理解观察空间和世界空间的区别。观察空间是由摄像机位置定义的空间,其中所有物体的位置是相对于摄像机的。在观察空间中计算的拾取射线可以用于与处于同一空间的物体进行相交测试。射线的起点`O`和方向`D`通过观察矩阵的逆变换可以转换回世界空间:
\[ \text{世界空间射线}(t) = \text{观察矩阵}^{-1}(\text{观察空间射线}(t)) = O_{\text{world}} + tD_{\text{world}} \]
这里,`O_{\text{world}}`是射线在世界空间的起点,`D_{\text{world}}`是射线在世界空间的方向,`t`是射线参数,表示沿着射线的长度。
然而,通常物体的几何形状是相对于它们自己的局部空间定义的。这意味着我们需要进一步将世界空间的拾取射线转换到物体的局部空间进行相交测试。假设`W`是物体的世界矩阵,`L`是物体局部空间的转换矩阵,局部空间的拾取射线可以表示为:
\[ \text{局部空间射线}(t) = W^{-1}(\text{世界空间射线}(t)) = L^{-1}(O_{\text{world}}) + tL^{-1}(D_{\text{world}}) \]
这种转换方法允许我们对物体的局部几何形状进行高效相交测试,避免了将整个物体的几何数据转换到世界空间的高昂计算成本。
在实际游戏开发中,场景通常包含多个物体,每个物体都有自己的局部空间。因此,我们需要对每个物体执行上述变换来测试射线与各个物体的相交情况。对于大型网格,局部空间到世界空间的转换比将所有顶点转换到世界空间再进行相交测试要高效得多。
本书通过详细的章节和逐步的教学,帮助读者掌握这些关键概念和技术,从而能够使用Direct3D 10实现各种3D图形效果,包括游戏中的拾取机制、光照、纹理映射、阴影等。无论是初学者还是有一定经验的程序员,都能从中获益,提升自己的3D编程技能。