Основные сведения об усечённой пирамиде видимости (View Frustum)

Слово frustum относится к цельной фигуре, которая выглядит как пирамида с отсечённой параллельно основанию верхушкой. Это форма региона, который можно увидеть и отрисовать перспективной камерой. Следующий мысленный эксперимент должен помочь в понимании того, почему это так.

Представьте, что вы взяли прямой стержень (например, ручку метлы или карандаш), направили его концом в камеру и затем сделали фотографию. Если бы стержень был по центру изображения, перпендикулярно объективу камеры, то на картинке вы бы увидели лишь его конец в виде круга; все остальные части были бы скрыты. Если бы вы подвинули его выше, то нижняя сторона стала бы появляться, но вы вновь могли бы её спрятать, наклонив стержень вверх. Если бы вы продолжили двигать стержень вверх и дальше наклонять его вверх, то в итоге округлое окончание достигло бы верхней границы изображения. Тогда, ни один объект над линией, проведённой стержнем в мировом пространстве, не был бы виден на изображении.

Стрежень мог бы быть также легко подвинут и наклонён влево, вправо или вниз или в любом направлении в плоскости. Угол “скрытого” стержня зависит лишь от его удалённости от центра экрана по обоим осям.

Смысл этого мысленного эксперимента заключается в том, что любая точка в изображении с камеры на самом деле соответствует линии в мировом пространстве, и лишь одна точка этой линии видна на изображении. Всё что находится за этой точкой на линии - скрыто.

Внешние границы изображения определены расходящимися линиями в соответствии с углами изображения. Если бы эти линии были проведены обратно к камере, они в конечном итоге сошлись бы в одной точке. В Unity расположение этой точки полностью совпадает с координатами положения трансформации (компонента Transform) камеры и эта точка является центром перспективы. Угол, образованный линиями, сходящимися в центр перспективы из середин верхней и нижней границ экрана, называется полем зрения (часто сокращается до FOV от англ. “Field of View”).

Как уже было сказано выше, камера не видит всё, что находится за пределами расходящихся линий на границах изображения, но существует ещё 2 других ограничения касательно того, что она будет отрисовывать. Ближняя и дальняя плоскости отсечения параллельны XY-плоскости камеры и каждая установлена на определённом расстоянии вдоль её центральной линии. Всё, что находится перед ближней и за дальней плоскостью отсечения не будет отрисовываться.

Расходящиеся угловые линии изображения вместе с двумя плоскостями отсечения определяют усечённую пирамиду видимости (view frustum).