在 3D 渲染中，坐标空间变换是一个非常重要的概念。无论是在 Unity、Unreal 等游戏引擎，还是直接进行 GPU 编程的场景中，理解并掌握如何通过矩阵进行坐标变换，是实现复杂光影效果和模型渲染的基础。本文将结合理论与代码，从 父坐标系到子坐标系 的基本原理入手，讲解如何使用矩阵进行坐标空间的转换操作。
1. 什么是坐标空间？
在计算机图形学中，坐标空间是一种表示位置和方向的数学形式。常见的坐标空间包括：
- 世界坐标系：描述整个场景中物体的全局位置和方向。
- 本地坐标系：相对于物体自身的坐标描述。
- 视图坐标系：相对于摄像机的坐标描述。
- 裁剪坐标系：经过透视变换后的标准化坐标。
坐标变换就是将一个空间中的点或向量，转换到另一个空间中的过程。这种变换通常通过 矩阵 来实现。
2. 坐标空间变换的基本原理
在渲染流水线中，每个坐标空间都有一个“父”空间。例如：
- 子物体的坐标定义在本地坐标空间中，其父物体的坐标定义在世界坐标空间中。
- 摄像机坐标与物体的局部坐标之间同样存在变换关系。
