为什么DirectX使用左手坐标系？

我考虑过在Stack Overflow上发帖，但是这个问题使我感到主观，因为我认为微软在此问题上的选择没有合理的技术解释。但是这个问题困扰了我很久了，这个问题在我的一个项目中不断出现，而我却从未真正尝试过解释这个问题：

OpenGL使用右手坐标系，其中世界坐标系的+ Z部分向观察者延伸。

DirectX使用左手系统，其中世界坐标的+ Z部分延伸到屏幕中，远离查看器。

我从未使用过Glide API，所以我不知道它是如何工作的，但是据我所知，它也使用了左手系统。

是否有技术原因？如果不是，那么坐标系的特定惯用性在概念上是否有优势？为什么一个选择另一个？

我知道这是一篇过时的文章，但我看到该文章已被引用并且不喜欢所选答案的语气。

所以我做了一些调查！

1. DirectX是旧的。它于1995年首次发布，当时世界上不止Nvidia和ATI，还有DirectX和OpenGL。人们已经超过15年了。
2. 3dfx Interactive的 Glide（当时是DirectX的竞争对手之一。当时的OpenGL并非用于游戏）使用左手坐标系。
3. POV-Ray和RenderMan（皮克斯的渲染软件）也使用左手坐标系。
4. DirectX 9+可以同时使用两个坐标系。
5. 无论WPF和XNA（这与DirectX场景下工作）使用右手坐标系。

由此，我可以推测出几件事：

• 行业标准并不像人们喜欢的那样标准。
• Direct3D是在每个人都以自己的方式做事的时候构建的，而开发人员可能并不了解。
• 惯用左手是可选的，但在DirectX世界中是惯用的。
• 由于约定难以解决，因此每个人都认为DirectX只能用左撇子操作。
• 微软最终学习并遵循了他们创建的任何新API的标准。

因此，我的结论是：

当他们不得不选择时，他们不了解标准，选择了“其他”系统，其他所有人也都参与其中。 没什么可做的事，只是不幸的设计决定，因为向后兼容性是微软游戏的名称。

我很惊讶没有人提到：OpenGL也可以在左手坐标系中工作。至少在使用着色器并使用默认深度范围时，它才起作用。

一旦淘汰了固定功能管道，就可以直接处理“剪贴空间”。OpenGL规范将剪辑空间定义为4D同构坐标系。当您通过归一化的设备坐标进行转换时，一直到窗口空间，都可以找到。

窗口空间等于窗口像素的空间。原点在左下角，+ Y向上，+ X右侧。这听起来很像一个右手坐标系。但是Z呢？

默认深度范围（glDepthRange）将Near Z值设置为0并将far Z值设置为1。因此，+ Z 远离观看者。

那是左手坐标系。是的，您可以将深度测试从GL_LESS更改为GL_GREATER，并将glDepthRange从[0，1]更改为[1，0]。但是OpenGL 的默认状态是在左手坐标系中工作。而且，从剪贴空间进入窗口空间所需的任何变换都不会使Z取反。因此，剪贴空间中，顶点（或几何）着色器的输出是一个左手空间（kinda。这是一个4D均匀空间，因此很难确定惯用的惯用语）。

在固定功能流水线，标准投影矩阵（由glOrtho，glFrustum等产生的）中的所有从右旋空间变换到左手之一。他们翻转了Z的含义；只需检查它们生成的矩阵即可。在眼睛空间中，+ Z向观察者移动；在投影后空间中，它会移开。

我怀疑微软（和GLide）根本没有理会在他们的投影矩阵中进行求反。

这是纯粹的历史。在远古时代，早期的洞穴图形学程序员将监视器（电传打字机？石头打字机？）的视线表面视为二维方格纸。在数学和工程学中，在方格纸上绘制数据点的常规约定是：x =正确，y =向上。然后有一天，大约在发明硅轮之后的一个星期，有人想到了3D图形。当这个想法的蜡烛灯泡在他们头顶上方闪烁时，无论出于何种原因，他们都选择在观看者之外添加Z =。（哎呀，我的右手只是想像而已。）

他们不知道有一天他们的后代会成为工程师，科学家，美术师，商业艺术家，动画师，产品设计师等，并发现3D图形很有用。所有这些优秀的现代人都使用右手坐标系来彼此保持一致，并建立了更为成熟的数学课本和物理学惯例。

将3D坐标系建立在显示表面上是愚蠢的。它是最重要的模型-描述房屋，椅子，超重的绿色食人魔或星系的三角形，多边形和平面。如今，我们所有人都在右手XYZ系统中设计和建模东西，并且就模型的世界而言，甚至在考虑如何渲染之前都进行设计和建模。相机是在某个时候添加的，可能以疯狂的方式四处飞行，并且它是不可见的基础设施，可将模型转换为必须在其肠道内通过协调系统变换来摆弄的像素。

只是增加了混乱，一些图形库认识到CRT从上到下扫描图像，因此Y = down。即使在今天，所有的窗口系统和窗口管理器（X11，fvwm，gtk +，Win31 API等）也都使用了此功能。像Clutter，Beryl等新型3D GUI系统如何处理Z，是3D图形建模的另一个问题。这只涉及应用程序程序员和GUI设计人员。

它们基本上是等效的，因为一个很容易转换为另一个。对于左手系统，我可以发现的唯一优势是：由于对象在任何方向（x，y或z）上都距观察者较远，因此距离是一个较大的值。但是我不知道这是为什么微软选择了一个而不是另一个。

POV-Ray还使用左手坐标系。

DirectX（和Direct3D）的首席开发人员Alex St. John最近对此发表了评论。在一篇有关Direct3D历史的文章中，他写道：

要求我选择Direct3D API的惯用方式。我选择了一个左手坐标系，部分是出于个人喜好。[...]这是一个任意选择。

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

要了解的是，浪费了大量的程序员时间，在左手坐标系和右手坐标系之间进行转换，并且浪费更多的程序员时间来记住在任何特定时刻都需要哪个系统。

当右手坐标系成为行业标准时，所有这些都消失了。

已经有足够的常用坐标系，而不会通过引入惯用性问题使坐标系数量加倍。参见Minkler＆Minkler，“航空坐标系和转换”。如果您从事航空坐标业务，例如进行飞行模拟，则需要该书。

我的猜测是，Microsoft在DirectX项目上没有任何人了解行业标准，没有意识到存在行业标准，因此认为没有关系。

他们知道惯用右手的系统是行业标准的另一种可能性，他们故意使DirectX用惯了左手，从而使人们很难将使用DirectX的代码转换为使用OpenGL的代码，这没有考虑。如果我发现确实如此，我会发现有必要在雷德蒙德从事一个新的，可能是短命的职业，担任斧头杀手。

对于所有认为右撇子或左撇子没有优势的人，您绝对是错误的。直角坐标系的右手性来自矢量叉积的定义。对于XYZ基向量u，v并且w，w = u X v。

这个定义对于矢量数学，矢量微积分以及许多物理基础都是至关重要的。假设您正在尝试模拟电磁相互作用。您有一个磁场矢量，M并且一个带电粒子在该场中以速度运动v。充电会以哪种方式加速？容易朝方向前进M X v。除了一些白痴以为，将显示系统放在左手会很有趣，因此它会向方向加速-M X v。

基本上，两个矢量量之间的任何物理相互作用都定义为右旋，因此，每当您需要模拟这种相互作用时，最好希望您的图形系统是右旋的，否则您将需要记住在负数中你所有的数学。

Direct3D早期左手惯用性的真正答案要比你们中某些人所想的要险恶得多。DirectX始于微软在1995年收购RenderMorphics时。

当时，RenderMorphics办公室使用的标准图形文字是Newmann和Sproul的“交互式计算机图形原理”，它使用左手坐标进行所有操作。这是我上大学时使用的同一本书。查看D3D代码，您甚至可以使用与本书中的方程式匹配的变量名来查看它们。

这不是微软的阴谋。这个决定是在微软还没有出现之前就做出的。

两者最终都不会比另一个更好-将3D坐标映射到2D曲面，因此可以任意选择指向观察者或进入屏幕的第三个尺寸（实际上使物体变成3D）。无论如何，您都将通过4x4矩阵进行处理，因此没有技术上的理由选择一个。从功能上讲，人们可以争论：

• 在计算和其他领域，X轴从左到右一直是一个相当广泛的共识（航空显然是一个明显的例外）。
• 在数学中，Y轴指向上方。（另外，上升就是气泡的所在）。
• 在计算机显示器上，Y轴指向下方（因为这是CRT屏幕的工作方式，也因为这是大多数人工脚本排列行的顺序）。
• 当您查看X / Y平面中某个表面的“可见”侧时，法线应该指向查看者（例如，当您查看卫星素材时；“海拔高度”指向卫星，而不是指向地球中心）。由于X / Y平面的法线是Z轴矢量，因此Z轴也应指向观察者。
• 当您在计算机屏幕上查看3D图像时，离查看器较远的点应具有较大的Z分量。因此，Z轴应指向屏幕。

结论：X轴存在一些共识，但对于其他两个轴，两个方向均可辩驳，产生两个右手构型和两个左手构型，并且它们都是有意义的。

有趣的事实。

Direct3D（不是DirectX-DirectX还涵盖输入，声音等）实际上没有左手坐标系。

它完全能够支持RH和LH系统。如果您查看SDK文档，则会看到诸如D3DXMatrixPerspectiveFovLH 和 D3DXMatrixPerspectiveFovRH之类的函数。两者都起作用，并且都产生一个投影矩阵，可以成功地与您选择的坐标系一起使用。地狱，如果愿意的话，甚至可以在Direct3D中使用column-major。它只是一个软件矩阵库，您无需使用它。另一方面，如果要在OpenGL中使用它，您会发现它也可以与OpenGL完美配合（这也许是矩阵库独立于Direct3D本身的权威证明）。

因此，如果要在程序中使用RH系统，只需使用该功能的-RH版本。如果要使用LH系统，请使用-LH版本。Direct3D不在乎。同样，如果要在OpenGL中使用LH系统-只需glLoadMatrix一个LH投影矩阵即可。这些东西都不重要，而且与您有时看到的巨大问题相距不远。

任何一种习惯都没有技术优势，这完全是任意的。只要您保持一致，两者都可以正常工作。

由于一致性的优点，理想的情况下，应该只“使用其他人正在使用的东西”，但这在许多情况下是相当困难的，因为在实践中也没有压倒性的“首选”约定：两种惯用语都被广泛使用。最好情况下，某些社区（例如OpenGL）之间存在一定的一致性。

因此，我认为这个问题的基本答案是：他们选择了他们所选择的东西，因为它感觉正确（毫无疑问，他们以前有过这种手法的经验），并且没有理由不这样做。

最终，这没有什么区别-任何认真地想要与其他系统/社区交换资产/代码的人都将不得不准备应对反手转换，因为这是3D图形中不可或缺的事实。

将其作为我以前的回答的补充材料。根据1990年代的旧OpenGL规范：

OpenGL不会在其任何坐标系上强制左旋或右旋。

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

因此，既然D3D和OpenGL都不强制使用任何惯用语，那么真正的问题是：为什么人们认为这有什么大不了？

我不愿告诉您，但是一组坐标的“手”实际上是主观的-它取决于您以何种方式看待事物。来自OpenGL立方体贴图规范的一个示例：如果您想在立方体内部看，则坐标系是左手的，如果您想从外部看，则是右手的。这个简单的事实会带来无尽的痛苦，因为要获得一个数字正确的答案，您的所有假设都必须是一致的，即使在本地并不实际影响您做出哪个假设。

OpenGL规范正式是“中性的”，并且竭尽全力避免出现此问题，也就是将其推迟给程序员。但是，眼睛坐标和剪辑坐标之间存在“手变”：在模型和眼睛空间中，我们正在查看，在剪辑和设备空间中，我们正在向外查看。毫无疑问，我总是在为这种意外并发症的后果而苦苦挣扎。

叉积是我们的朋友，因为它使您可以从一对向量生成绝对的右手或左手3D坐标系。但是这取决于哪一手，您将其称为“ X”。

我可以说行业标准从一开始就是错误的

坐标的行业标准实际上来自于桌面坐标，即人们在桌子上绘制所有东西时，这是水平面。X是左/右，Y是前/后，所以它只是使Z向上而已，因此诞生了右手坐标系

但是您知道我们现在在监视器屏幕上使用的是垂直平面。X仍然是左/右，而Y是上下

那么什么是右手坐标系呢？它使+ Z向后，-Z向后，这到底是什么？上是+下是-右是+左是-但前进是-和后退是+ ??? 如果我们制作游戏角色在3D世界中运行，那真是太愚蠢了，但是我们需要减z才能前进。这就是游戏程序员最欣赏DirectX的原因

从一开始，要从桌面获取标准并在监视器上使用它是非常错误的。现在，我们应该承认，OpenGL和Industry都是错误的。他们只是使用他们认为会让自己感到舒适的东西，但他们是错的，右手坐标系只是一个垃圾遗产，应该尽快扔掉