Vulkan NDC 坐標系

06-07

Vulkan NDC坐標系與其它庫的坐標系有點兒不一致，特此記錄一下。

NDC坐標系(Normalized Device Coordinates)

NDC也稱之為設備空間即標準化設備坐標系，無論引擎中的坐標系是如何，有沒有使用到相機空間、世界空間、投影空間等等，最終我們都需要統一到一個統一的坐標系下，這個坐標系也可以理解為應用程序與GPU的介面。

常規NDC坐標系

為什麼我會提到常規坐標系呢，因為在開發的這幾年當中，無論是Directx、OpenGL、WebGL甚至於喜歡搞事的蘋果，它家的Metal都是一個統一的坐標系。也就是Directx、OpgnGL、WebGL、Metal它們的NDC空間都是一致的即左手系。左手系坐標軸為：X軸朝右方、Y軸朝上方、Z軸朝前方。

屏幕坐標系

有過2D開發的同學就會注意到，在2D APP開發當中，坐標系又是以左上角為原點，X軸朝右，Y軸朝下的。Directx、OpenGL、WebGL、Metal中的NDC坐標系與屏幕坐標不一致，又導致了通過它們製作的基於GPU渲染的2D UI庫坐標系又比較難處理，又是一個坑爹的毛病。比如Cocos2D-x：

https://www.cocos.com/docs/native/v3/coordinate-system/zh.html?

www.cocos.com

至於為什麼這裡不能統一，就是因為屏幕坐標系的Y軸與NDC坐標系中的Y軸剛好相反，然而我們並不能通過線性矩陣在處理投影時將它們統一起來。通俗講就是不能通過MatrixA MatrixB Projection MatrixC的方式將NDC坐標系進行翻轉，這裡不詳細討論這個問題，大家可以自行去推導，這個的緣由我只是隨手提一下。

Vulkan NDC坐標系

說完了上面的這些坐標系之後，又來講Vulkan中的NDC坐標系，說它跟其它的有點兒不一樣就是因為它使用了右手系。除了Y軸，其它兩個軸它都跟別人一致。那麼這個Y軸進行了翻轉之後，就讓廣大開發者有點兒噁心了，因為之前當其它庫的API Caller已經熟悉了它們的坐標系，現在又搞了一個不一樣的，在開發期間就增加了一些設計上的難道。可能有人認為這個很容易解決，對設計沒有任何障礙，但是其實不然，特別是現有跨平台的圖形庫，想要支持Vulkan就得要考慮坐標系的適配問題。

Vulkan三角形示例

我們先來看一下一個案例，來對比一下不同之處。以下是Vulkan裡面的一個三角形的數據定義：頂點定義代碼地址

// 前3為坐標點，後3為頂點色。 std::vector<Vertex> vertices = { { { 1.0f, 1.0f, 0.0f }, { 1.0f, 0.0f, 0.0f } }, { { -1.0f, 1.0f, 0.0f }, { 0.0f, 1.0f, 0.0f } }, { { 0.0f, -1.0f, 0.0f }, { 0.0f, 0.0f, 1.0f } } };