DirectX가 왼손 좌표계를 사용하는 이유는 무엇입니까?

Stack Overflow에 게시하는 것을 고려했지만이 문제에서 Microsoft의 선택에 대한 합리적인 기술적 설명을 생각할 수 없기 때문에이 질문은 너무 주관적이라고 생각합니다. 그러나이 질문은 오랫동안 버그를 일으켰고 프로젝트 중 하나에서 문제가 계속 발생하며 실제로 이것을 설명하려는 시도를 본 적이 없습니다.

OpenGL 은 월드 좌표계의 + Z 부분이 뷰어쪽으로 확장되는 오른손 좌표계를 사용합니다.

DirectX 는 왼손잡이 시스템을 사용하여 월드 좌표의 + Z 부분 이 뷰어에서 멀리 떨어진 화면으로 확장 됩니다 .

나는 글라이드 API를 사용 하지 않았으므로 어떻게 작동했는지 모르겠지만 수집 할 수있는 것에서 왼손잡이 시스템도 사용합니다.

이에 대한 기술적 이유가 있습니까? 그리고 그렇지 않다면, 좌표계의 특정 손에 대한 개념적 이점이 있습니까? 왜 하나가 다른 하나를 선택합니까?

나는 이것이 오래된 게시물이라는 것을 알고 있지만이 게시물이 참조되어 선택된 답변의 음색을 싫어하는 것을 보았습니다.

그래서 나는 약간의 조사를했다!

1. DirectX는 오래되었습니다 . 세계가 Nvidia 와 ATI 보다 DirectX와 OpenGL 보다 훨씬 많은 1995 년에 처음 발표되었습니다 . 15 년이 넘었습니다.
2. 3dfx Interactive의 글라이드 (오늘날 DirectX 경쟁사 중 하나였습니다. OpenGL은 당시 게임용이 아니 었습니다)는 왼쪽 좌표 시스템을 사용했습니다.
3. POV-Ray 및 RenderMan (Pixar의 렌더링 소프트웨어)도 왼손 좌표계를 사용합니다.
4. DirectX 9+는 두 좌표계 모두에서 작동 할 수 있습니다.
5. 두 WPF 와 XNA (장면에서 다이렉트로 작업) 오른손 좌표계를 사용합니다.

이것으로부터 몇 가지 사항에 대해 추측 할 수 있습니다.

• 산업 표준은 사람들처럼 표준이 아닙니다.
• Direct3D 는 모든 사람이 자신의 방식으로 일을하던 시절 에 만들어졌으며 개발자는 더 잘 알지 못했을 것입니다.
• 왼손잡이는 선택 사항이지만 DirectX 세계에서는 관례입니다.
• 컨벤션은 어려워 지므로 DirectX는 왼손잡이 만 사용할 수 있다고 생각합니다.
• Microsoft는 결국 새로운 API를 배우고 표준을 따랐습니다.

따라서 내 결론은 다음과 같습니다.

그들이 선택해야했을 때, 그들은 표준을 알지 못했고, '다른'시스템을 선택했으며, 다른 모든 사람들은 그냥 타고갔습니다. 이전 버전과의 호환성이 Microsoft 게임의 이름이기 때문에 부끄러운 사업이 아니며 불행한 디자인 결정이 내려졌습니다.

아무도 언급하지 않은 것에 놀랐습니다. OpenGL은 왼손 좌표계에서도 작동합니다. 적어도 쉐이더로 작업하고 기본 깊이 범위를 사용하는 경우에는 그렇게합니다.

고정 기능 파이프 라인을 폐기하면 "clip-space"를 직접 처리합니다. OpenGL 사양은 클립 공간을 4D 동종 좌표계로 정의합니다. 정규화 된 장치 좌표를 통해 창 공간까지 변환을 수행하면이를 찾을 수 있습니다.

창 공간은 창의 픽셀 공간에 있습니다. 원점은 왼쪽 아래 모서리에 있으며 + Y는 올라가고 + X는 오른쪽입니다. 그것은 오른손 좌표계와 매우 흡사합니다. 그러나 Z는 어떻습니까?

기본 깊이 범위 (glDepthRange)는 근거리 Z 값을 0으로, 원거리 Z 값을 1로 설정 합니다. 따라서 + Z는 뷰어에서 멀어 집니다.

왼손 좌표계입니다. 예, 깊이 테스트를 GL_LESS에서 GL_GREATER로 변경하고 glDepthRange를 [0, 1]에서 [1, 0]으로 변경할 수 있습니다. 그러나 OpenGL 의 기본 상태는 왼손 좌표계 에서 작동하는 것입니다 . 클립 공간에서 창 공간으로 이동하는 데 필요한 변환은 Z를 무효화하지 않습니다. 따라서 정점 (또는 지오메트리) 셰이더의 출력은 왼쪽 공간 (킨다)입니다. 4D 균질 공간이므로 손을 고정시키기가 어렵습니다).

고정 함수 파이프 라인에서 표준 투영 행렬 (glOrtho, glFrustum 등으로 생성)은 모두 오른쪽 공간에서 왼쪽 공간으로 변환됩니다 . 그들은 Z의 의미를 뒤집습니다. 그들이 생성하는 행렬을 확인하십시오. 눈 공간에서 + Z는 뷰어쪽으로 이동합니다. 투사 후 공간에서 멀어집니다.

나는 마이크로 소프트 (및 GLide)가 단순히 그들의 투영 매트릭스에서 부정을 수행하지 않았다고 생각한다.

순수한 역사입니다. 고대의 초기 동굴 그래픽 프로그래머들은 모니터 (텔레 타입? 스톤 타입?)를 2 차원 그래프 용지로 생각했습니다. 수학 및 공학에서 그래프 용지에 데이터 포인트를 플로팅하는 일반적인 규칙은 x = right, y = up입니다. 실리콘 휠이 발명 된 지 약 일주일 후 어느 날 누군가는 3D 그래픽을 생각했습니다. 어떤 이유로 든이 아이디어의 양초가 머리 위로 깜빡 일 때 Z =를 뷰어에서 멀어지게 선택합니다. (오, 내 오른손은 상상 만해도 아프다.)

그들은 언젠가 그들의 후손이 엔지니어, 과학자, 훌륭한 예술가, 상업 예술가, 애니메이터, 제품 디자이너 등이되어 3D 그래픽이 유용하다는 것을 알지 못했습니다. 이 모든 훌륭한 현대인들은 오른손 좌표계를 사용하여 서로 일치하고 더 많은 수학 텍스트와 물리 규칙을 일치시킵니다.

3D 좌표계를 디스플레이 표면에 기반을 두는 것은 어리석은 일입니다. 집, 의자, 과체중 녹색 오거 또는 은하계를 설명하는 삼각형과 다각형 및 평면이 중요합니다. 오늘날 우리는 모두 오른 손잡이 XYZ 시스템으로 물건을 디자인하고 모델링하며, 어떻게 렌더링 될지를 생각하기 전에 모델 세계의 관점에서 그렇게합니다. 카메라는 어느 시점에 추가되어 미친 방식으로 날아갈 수 있으며 모델을 배변 내에서 조정 된 시스템 변환으로 조정 해야하는 픽셀로 변환하는 보이지 않는 인프라입니다.

혼란을 더하기 위해 일부 그래픽 라이브러리는 CRT가 이미지를 위에서 아래로 스캔하므로 Y = down을 인식합니다. X11, fvwm, gtk +, Win31 API 등 모든 윈도우 시스템 및 윈도우 관리자에서 오늘날에도 사용됩니다. Clutter, Beryl 등과 같은 새로운 3D GUI 시스템이 Z를 처리하는 방식은 3D 그래픽 모델링과는 별개의 문제입니다. 이것은 어플리케이션 프로그래머와 GUI 디자이너에게만 해당됩니다.

하나는 다른 것으로 쉽게 변형 될 수 있기 때문에 둘 다 본질적으로 동일 합니다. 왼손잡이 시스템에서 찾을 수있는 유일한 장점은 물체가 관찰자로부터 멀어 질수록 (x, y 또는 z) 거리가 멀수록 거리가 더 높다는 것입니다. 그러나 이것이 왜 Microsoft가 다른 것을 선택했는지는 잘 모릅니다.

POV-Ray 는 또한 왼손 복도 시스템을 사용합니다.

DirectX (및 Direct3D) 의 수석 개발자 Alex St. John은 최근 이에 대해 언급했습니다. Direct3D의 역사에 관한 기사에서 그는 다음과 같이 썼습니다.

나는 [...] Direct3D API를위한 핸드 헬드를 선택하라는 요청을 받았다. 개인적으로 선호 하지 않는 왼손 좌표계를 선택했습니다 . [...] 그것은 임의의 선택이었습니다.

출처 : http://www.alexstjohn.com/WP/2013/07/22/the-evolution-of-direct3d/

이해해야 할 것은 엄청난 양의 프로그래머 시간이 왼손 좌표계와 오른쪽 좌표계 사이를 변환하는 데 낭비되었으며 특정 순간에 어떤 시스템이 필요한지 기억하는 데 더 많은 프로그래머 시간이 낭비되었다는 것입니다.

오른손 좌표계가 산업 표준이되자 모든 것이 사라졌습니다.

손질 문제를 도입하여 수를 두 배로 늘리지 않고 이미 널리 사용되는 좌표계가 충분합니다. Minkler & Minkler, "항공 우주 좌표계 및 변환"을 참조하십시오 . 항공 시뮬레이션 업무를 수행하는 경우 (예 : 비행 시뮬레이션) 해당 책 이 필요 합니다.

내 생각에 Microsoft는 DirectX 프로젝트에 업계 표준에 대해 아는 사람이 없었으며 업계 표준이 있다는 것을 몰랐으며 중요하지 않다고 생각했습니다.

또 다른 가능성은 오른 손잡이 시스템이 업계 표준이라는 것을 알고 있었으며 DirectX를 왼손잡이로 만들었 기 때문에 사람들이 DirectX를 사용하여 OpenGL을 대신 사용하는 코드를 변환하는 것은 그다지 고려하지 않았습니다. 나는 이것이 사실 이었다는 것을 알게 되었기 때문에, 레드먼드에서 도끼 살인자로서 새롭고 아마도 단명 한 경력을 시작하는 것이 필요하다는 것을 알았습니다.

오른 손잡이 또는 왼손잡이에 이점이 없다고 생각하는 모든 사람들에게, 당신은 절대적으로 잘못입니다. 직교 좌표계의 오른 손잡이는 벡터 교차 곱의 정의에서 비롯됩니다. XYZ의 기저 벡터를 들어 u, v그리고 w, w = u X v.

이 정의는 벡터 수학, 벡터 미적분학 및 많은 물리학의 기초입니다. 전자기 상호 작용을 시뮬레이션하려고한다고 가정하십시오. 자기장 벡터가 있고 M, 그 필드에서 속도로 움직이는 하전 입자가 v있습니다. 요금이 어느쪽으로 가속 되나요? 방향으로 쉽게 M X v. 일부 바보를 제외하고는 디스플레이 시스템을 왼손잡이로 만드는 것이 재미있어서 방향으로 가속됩니다 -M X v.

기본적으로 두 벡터 수량 사이의 물리적 상호 작용은 오른 손잡이로 정의되므로 해당 상호 작용을 시뮬레이션해야 할 때마다 그래픽 시스템이 오른 손잡이가되어야합니다. 모든 수학.

Direct3D의 초기 왼손잡이에 대한 진정한 대답은 일부 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 덜 불쾌합니다. DirectX는 Microsoft가 1995 년에 RenderMorphics를 다시 사들 일 때 시작되었습니다.

당시 RenderMorphics 사무실에서 사용 된 표준 그래픽 텍스트는 왼손 좌표를 사용하여 모든 작업을 수행하는 Newmann 및 Sproul의 "대화 형 컴퓨터 그래픽의 원리"였습니다. 대학에서 사용한 것과 같은 책입니다. D3D 코드를 보면 책의 방정식과 일치하는 변수 이름을 사용하여 볼 수도 있습니다.

Microsoft 음모가 아닙니다. 결정은 마이크로 소프트가 그림을보기 전에 이루어졌다.

3D 좌표를 2D 표면에 매핑하므로 3D 좌표를 실제로 3D로 만드는 3 차원을 임의로 선택하여 뷰어 나 화면을 가리킬 수 있습니다. 어쨌든 4x4 매트릭스를 통해 물건을 넣을 것이므로 다른 것을 선택할 기술적 인 이유가 없습니다. 기능적으로는 다음과 같이 논쟁 할 수 있습니다.

• 컴퓨팅 및 기타 분야에서 X 축이 왼쪽에서 오른쪽으로 실행되는 상당히 광범위한 합의가 있습니다 (항공은 주목할만한 예외 임).
• 수학에서 Y 축이 위를 가리 킵니다. (또한 거품이가는 곳입니다).
• 컴퓨터 디스플레이에서 Y 축은 아래쪽을 가리 킵니다 (CRT 화면의 작동 방식과 대부분의 사람 스크립트가 행을 정렬하는 순서이기 때문에).
• X / Y 평면에서 지표면의 "보이는"면을 볼 때 법선은 뷰어를 향해야합니다 (예 : 위성 영상을 볼 때와 같이 "해발 고도"는 위성이 아닌 위성을 가리킴) 지구의 중심). X / Y 평면의 법선은 Z 축 벡터이므로 Z 축도 뷰어를 향해야합니다.
• 컴퓨터 화면에서 3D 이미지를 볼 때 뷰어에서 멀리 떨어진 지점은 더 큰 Z 구성 요소를 가져야합니다. 따라서 Z 축이 화면을 가리켜 야합니다.

결론 : X 축에 대해서는 약간의 합의가 있지만 다른 두 가지 경우에는 두 가지 방향을 모두 주장 할 수 있으며 두 개의 오른손 구성과 두 개의 왼손 구성이 가능하며 모두 합리적입니다.

흥미로운 사실.

Direct3D (DirectX 아님-DirectX는 입력, 사운드 등도 포함)에는 실제로 왼손 좌표계 가 없습니다 .

RH 및 LH 시스템을 완벽하게 지원할 수 있습니다. SDK 설명서를 보면 D3DXMatrixPerspectiveFovLH 및 D3DXMatrixPerspectiveFovRH 와 같은 기능이 표시됩니다 . 두 가지 모두 작동하며 선택한 좌표계와 함께 사용할 수있는 투영 행렬을 생성합니다. 원하는 경우 Direct3D에서 열 주요 항목을 사용할 수도 있습니다. 소프트웨어 매트릭스 라이브러리 일 뿐이므로 사용할 필요는 없습니다. 반면에 OpenGL과 함께 사용하려면 OpenGL에서도 완벽하게 작동한다는 것을 알 수 있습니다 (이것은 Direct3D 자체와 매트릭스 라이브러리의 독립성에 대한 확실한 증거 일 수도 있습니다).

따라서 프로그램에서 RH 시스템을 사용하려면 -RH 버전의 기능 만 사용하십시오. LH 시스템을 사용하려면 -LH 버전을 사용하십시오. Direct3D는 상관하지 않습니다. 마찬가지로 OpenGL에서 LH 시스템을 사용하려면 LH 프로젝션 매트릭스를 glLoadMatrix로 지정하십시오. 이 물건들 중 어느 것도 중요하지 않으며 때로는 그것이 때때로 만들어지는 거대한 문제 근처에는 없습니다.

양손에 기술적 인 이점이 없으며 완전히 임의적입니다. 일관된 한 둘 다 잘 작동합니다.

일관성의 장점 때문에 이상적으로는 "다른 사람이 사용하는 것을 사용"하는 것이 이상적입니다. 그러나 실제로는 "우선적으로 선호하는"관례가 없기 때문에 많은 경우에 매우 어렵습니다. 두 손이 널리 사용됩니다. 기껏해야 특정 커뮤니티 (예 : OpenGL) 내에 일관성이 있습니다.

그래서 나는이 질문에 대한 기본적인 답은 그들이 생각했던 것 (올바른 경험이 있었음에도 의심의 여지가 없었 음)을 선택했고 그렇지 않을 이유가 거의 없다고 생각합니다.

결국 다른 시스템 / 커뮤니티와 자산 / 코드를 교환하고자하는 사람은 3D 그래픽의 삶의 사실이기 때문에 손으로 변환을 처리 할 준비가되어 있어야합니다.

이것을 이전 답변에 대한 보충 자료로 제공합니다. 1990 년대의 오래된 OpenGL 사양에서 :

OpenGL은 좌표계에서 왼손 또는 오른손을 강요하지 않습니다.

(출처 : http://www.opengl.org/documentation/specs/version1.2/opengl1.2.1.pdf ).

따라서 D3D 나 OpenGL이 어떠한 손길도 강요하지 않기 때문에 실제 문제는 사람들이 왜 이것을 큰 문제로 보는가?

나는 말하기를 싫어하지만, 좌표 세트의 '손'은 실제로 주관적입니다-당신이 물건을보고 있다고 상상하는 방법에 달려 있습니다. 예를 들어 OpenGL 큐브 맵 스펙의 예 : 큐브 내부를 바라 보는 것을 상상하면 좌표계는 왼손잡이입니다. 외부에서 들여다 볼 때 오른 손잡이입니다. 이 간단한 사실은 끝없는 슬픔을 초래합니다. 수치 적으로 정확한 답을 얻으려면 모든 가정이 일관성이 있어야하지만 실제로는 어떤 가정을하든 상관 없습니다.

OpenGL 사양은 공식적으로 "핸드 니스 중립적"이며이 문제를 피하기 위해, 즉 프로그래머에게 맡기려고 많은 노력을 기울입니다. 그러나 눈 좌표와 클립 좌표 사이에는 "손 변경"이 있습니다. 우리가보고있는 모델과 눈 공간, 우리가보고있는 클립과 장치 공간에서. 나는 항상 우연히이 합병증의 결과로 어려움을 겪고 있습니다.

십자 벡터는 한 쌍의 벡터에서 확실히 오른 손잡이 또는 왼손잡이 3D 좌표계를 생성 할 수 있기 때문에 우리의 친구입니다. 그러나 어떤 핸드는 "X"라고 부르는 벡터에 따라 다릅니다.

업계 표준이 처음부터 잘못되었다고 말할 수 있습니다.

좌표의 산업 표준은 실제로 사람들이 책상 위에 모든 것을 그릴 때 수평 좌표 인 책상 좌표에서 나왔습니다. X는 왼쪽 / 오른쪽이고 Y는 앞 / 뒤이므로 Z를 위쪽으로 만들고 오른쪽 좌표 시스템으로 탄생했습니다.

그러나 우리는 지금 모니터 화면과 함께 사용한다는 것을 알고 있습니다. 그것은 수직면입니다. X는 여전히 왼쪽 / 오른쪽이지만 Y는 위아래입니다.

그러면 오른쪽 좌표 시스템으로 인해 어떤 결과가 발생합니까? + Z를 뒤로, -Z를 앞으로 위쪽은 +이고 아래쪽은-오른쪽은 +이고 왼쪽은-그러나 앞으로는-이고 뒤로는 + ??? 3D 세계에서 캐릭터가 실행되는 게임을 만들면 너무 어리석지 만 앞으로 빼려면 z를 빼야합니다. 게임 프로그래머가 DirectX를 가장 높이 평가하는 이유

책상에서 나온 표준을 잡고 모니터에서 사용하는 것은 처음부터 여러 수준에서 잘못되었습니다. 이제 OpenGL과 Industry가 잘못되었다는 것을 인정해야합니다. 그들은 편안하다고 생각하는 것을 사용하지만 잘못되었습니다. 오른손 좌표계는 가능한 한 빨리 버려야하는 정크 유산입니다.