投影矩陣求逆

什么是投影矩陣的逆矩陣呢础浮?從幾何意義上來講帆调,就是把投影到NDC的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為觀察空間下的坐標(biāo)。

假設(shè)y方向的視域角\alpha豆同,視域的寬高比為r番刊,投影平面距離攝像機(jī)的距離為d,視域的寬為w影锈,高為h芹务,近剪裁面距離攝像機(jī)的距離為n,遠(yuǎn)剪裁面距離攝像機(jī)的距離為f鸭廷。首先有:
r= \frac{w}{h}

tan\frac{\alpha}{2} = \frac{h}vymxtoi

假設(shè)任一點(diǎn)P枣抱,投影后的坐標(biāo)為(x, y, z),觀察空間下的坐標(biāo)為(x', y', z')辆床,那么有:
\dfrac{x'}{wx} = \dfrac{z'}umbea27

\dfrac{y'}{hy} = \dfrac{z'}iebwwv3

這里佳晶,分別給xy乘以wh是因?yàn)镹DC的坐標(biāo)是歸一化過的,要先還原到[-w, w][-h, h]的取值范圍讼载。

綜合上式轿秧,求出x'y'
x' = \dfrac{z'wx}aielsf7 = z'rtan(\dfrac{\alpha}{2})x

y' = \dfrac{z'hy}ptpawue = z'tan(\dfrac{\alpha}{2})y

注意到上述求得的x'y'里的分母中均包含z'中跌,為了用矩陣形式來表達(dá)逆投影變換,必須要借助齊次坐標(biāo)菇篡,對(duì)(x',y',z',1)各除以z',即轉(zhuǎn)換為(\dfrac{x'}{z'}, \dfrac{y'}{z'}, 1, \dfrac{1}{z'})漩符。 有:
[x, y, z, 1] \cdot \begin{bmatrix} rtan\dfrac{\alpha}{2} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & tan\dfrac{\alpha}{2} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & A \\ 0 & 0 & 1 & B \end{bmatrix} = [\dfrac{x'}{z'}, \dfrac{y'}{z'}, 1, Az+ B]
由投影變換可知,z可以寫成:
z = \dfrac{\dfrac{f}{f - n}z' + \dfrac{nf}{n - f}}{z'}
由此可知驱还,解得\dfrac{1}{z'}
\dfrac{1}{z'} = \dfrac{n - f}{nf}z + \dfrac{1}{n}
也就有:
\begin{cases} A = \dfrac{n - f}{nf} \\ B = \dfrac{1}{n} \end{cases}
最終得到投影矩陣的逆矩陣為:
\begin{bmatrix} rtan\dfrac{\alpha}{2} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & tan\dfrac{\alpha}{2} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & \dfrac{n - f}{nf} \\ 0 & 0 & 1 & \dfrac{1}{n} \end{bmatrix}

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