在齐次空间对顶点和线裁剪是如今图形学管线进行裁剪的标准做法。一个世界坐标系下点经过观察变换后会映射到屏幕空间,在这其中会经过如下的矩阵变换:世界坐标系到相机坐标系的变化,相机坐标系下的透视投影变换到规范化空间,然后从规范化空间变换到屏幕空间。其中,裁剪就发生在透视投影变化之后,但在透视除法之前。先简单解释透视投影和透视除法: 透视投影指经过透视变化矩阵之后的得到齐次坐标; 透视除法指将透视投影得到的齐次坐标转化为三维坐标,即除以齐次分量,经过透视除法的点才是在规范化裁剪立方体中的点。 为什么不在投影除法后裁剪呢?为了简单起见,取投影参考点是观察坐标原点,近裁剪平面是观察平面的透视变化矩阵:
M=⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢cot(θ2)aspect0000cot(θ2)0000znear+zfarznear−zfar−100−2znearzfarznear−zfar0⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥
其中 θ 是相机的视角, aspect 是近裁剪平面的纵横比, znear 和 zfar 分别是近裁剪平面和远裁剪平面。 对于相机坐标系下的任意一点 P(x0,y0,z0,1) ,经过该矩阵变化后得到 P1=MP0 , P1 的坐标为 (x1,y1,z1,w) 。从该矩阵中可以看到 z1=s∗z0+t ,其中 s=znear+zfarznear−zfar , t=−2znearzfarznear−zfar ,可以看到 s 和 t 都是常数,所以 z1 和 z0 之间是线性关系,同理 x1 与 x0 , y1 与 y0 都是线性关系。 w=−z0 。如果此时对 P1 进行透视除法,得到 P′1=(x′1,y′1,z′1,w′)=(x1/w,y1/w,z1/w,1) ,此时 x′1 与原 x0 之间不再是线性关系, x′1 是以 x0 和 z0 为变量的函数。如果在透视除法后进行裁剪,那么将不能运用线性插值,否则很多在原来坐标系中的存储信息将会变形,比如:纹理、颜色等。所以,一般直接在齐次空间中做裁剪,在该空间中进行裁剪可以直接用线性插值。