Камера в 3D стоит на месте. Двигается весь мир вокруг неё

Вы летите камерой по уровню в редакторе: жмёте W — едете вперёд, ведёте мышью — поворачиваете. Камера ощущается обычным объектом сцены, просто через неё смотрят. Так и есть — на уровне движка. Но на уровне рендера всё наоборот.

Там камеры нет вообще. Есть точка (0, 0, 0), в которой намертво сидит наблюдатель и смотрит всегда вдоль одной оси. Когда вы «двигаете камеру вперёд», под капотом происходит обратное: весь мир — уровень, враги, ваша собственная модель — сдвигается назад, чтобы наблюдатель остался в нуле. Повернули камеру вправо? Это мир повернулся влево вокруг вас.

Это не метафора и не «ну как бы». Ровно это делает одна из матриц, через которые проходит каждая вершина по пути на экран: она перемещает не камеру к миру, а мир к камере — обратным преобразованием.

И тут важно не перепутать с другим. Живёт это преобразование в вершинной стадии конвейера — в вершинном шейдере, куда каждая вершина заезжает по пути на экран и пересчитывается заново каждый кадр. Оно не двигает объекты в сцене и ничего в мире не меняет — просто выражает их координаты в системе отсчёта камеры.

Зачем так выворачивать, если можно просто хранить позицию камеры? Затем, что «наблюдатель всегда в нуле и смотрит вдоль одной оси» — это удобная система отсчёта, в которой вся дальнейшая математика (проекция, глубина, отсечение) резко упрощается. Дешевле один раз развернуть мир под наблюдателя, чем на каждом шаге таскать за собой, где болтается камера.

Тут же прячется ответ на вопрос, который наверняка зацепил глаз: если камера всегда в нуле и мир едет ей навстречу — выходит, статичные объекты тоже двигаются? И да, и нет. Отметка Static в движке — это про положение объекта в мире: оно зафиксировано, поэтому его матрицу Model (локальные → мировые координаты) можно применить один раз и запечь вершины прямо в мировом пространстве. Отсюда статик-батчинг, запечённый свет, окклюжн. А матрицу View (мир → камера) всё равно применяют каждый кадр ко всему подряд — и к статике, и к динамике. Поэтому неподвижная стена в мире честно стоит на месте, а по экрану едет, когда вы поворачиваетесь: в мире она не двинулась — двинулись вы, то есть система отсчёта. Коротко: Static — про матрицу Model, «мир вокруг камеры» — про View, это разные матрицы.

А что это за матрицы, почему их три и как одна точка доезжает от локальных координат модели до конкретного пикселя — разберём в пятницу.

#геймдев #графика #математика #3d #камера #движки