Projection 与 Viewport

先把题目说成人话

把游戏窗口从横屏转成竖屏时，圆形招牌不该被拉成椭圆；为了省性能只把内部画布的像素变少时，相机里能看见的范围也不该悄悄变窄。两种操作都碰到了“屏幕尺寸”，实际职责却完全不同。现实要解决的是先让三维场景形成正确构图，再把构图落到一块具体像素区域，最后才决定这块区域用多少像素来画。

把相机可见空间压到一张标准幕布的数学规则叫投影矩阵（Projection Matrix），幕布宽高关系叫宽高比（aspect）。投影后等待裁剪的位置叫裁剪坐标（clip space），除以第四分量后得到标准设备坐标（NDC）；把标准坐标铺到像素矩形叫视口变换（Viewport Transform）。只调整内部像素密度的比例叫渲染比例（Render Scale）。

这是虚构教学故事，不是个人项目经历。

场景：先让问题变得看得见

想象投影仪先把空间中的圆投到一张标准幕布，再把整张幕布铺进最终屏幕。先观察横向幕布与纵向幕布中的圆是否仍为圆，再保持幕布形状不变，只把上面的方格画得稀一些。最后放入一近一远两个物体，用它们检查构图与深度关系有没有被错误混在一起。

（右脑）画面：投影仪先在半空中张开一个能看见的锥形范围，把锥里的三维物体压到一张没有像素格的标准幕布。幕布本身的长宽决定圆会不会变形，也决定横向能看见多少内容。随后工人把整张幕布贴到房间里的一块矩形墙面，墙面只负责它最终占据哪片区域。最后才在墙面上铺方格：方格变少会让边缘粗糙，却不该改变幕布里的构图。近处与远处物体的深度刻度也在第一步形成，不能指望最后铺方格时补救。

（左脑）对表：本题对象是视图空间位置、投影矩阵 P、裁剪坐标、NDC、viewport 矩形和内部 Render Target。横屏投影配竖屏 viewport 导致圆变椭圆、同 aspect 下 0.75 scale 不改构图是观察事实；“viewport 会自动修正错误 aspect”是假设。视图位置使用场景长度单位；clip 分量是投影后的齐次量，不能直接当世界距离或像素，只有透视除法后的 NDC 无长度单位；viewport 的 x0、y0、width、height 和目标尺寸以像素计。矩阵手性、NDC 深度范围、Y 翻转、near/far 与 reversed-Z 是平台前提。投影仪类比建立空间链，不等于证明所有 API 采用同一 NDC 或深度约定。

小明：先形成一个完整猜测

小明把窗口从横屏改成竖屏，只调整 viewport 宽高，投影矩阵仍保留 16:9 aspect。圆被拉成椭圆。这个结果说明：viewport 只负责落到哪块像素区域，无法补救错误的投影宽高比。

小红：把猜测放回现实检查

小红先保持 16:9，只把内部 Render Scale 从 1.0 改为 0.75：例如 1920×1080 变成 1440×810，aspect 仍是 16:9，所以投影和构图不变，只是采样分辨率降低。随后恢复 Render Scale，再把显示方向改成 9:16；此时需要用新 aspect 重建透视投影，或按项目构图策略调整 FOV。

从视图空间到像素的链是：

p_clip  = P · p_view
p_ndc   = p_clip.xyz / p_clip.w
p_pixel = viewport(p_ndc)

若 NDC 的 x、y 范围为 [-1,1]，像素 x 可写成 x0 + (x_ndc+1)·width/2；y 是否翻转取决于图形 API 与 Render Target 约定，Unity 会处理平台差异，手写后处理时仍需核对。

我：用检查结果修正模型

我把三个职责拆开：屏幕形状或相机矩形改变时更新 aspect 与基础投影；viewport 决定最终像素矩形；动态分辨率更新内部目标尺寸、屏幕参数、TAA jitter 与依赖分辨率的后处理资源。在 aspect 不变时，未抖动的基础相机投影和构图不变；但 TAA 通常把随像素尺寸计算的偏移写进每帧实际使用的 jittered projection，因此抖动后的矩阵仍会更新。UI 若在独立原生分辨率目标上渲染，也不能跟着内部 3D Render Scale 一起缩。

深度同样属于投影约定：标准透视深度是非线性的，精度集中在 near 附近、远处更稀；near 设得过小会浪费大量可用精度并加重远处 z-fighting。Reversed-Z 能改善分布，但仍要配合 API、深度格式和裁剪约定验证。最终应在 Unity 的横竖屏、动态分辨率、后处理与目标平台上检查，而不是从单一分辨率外推。

（右脑）画面修正：小明从横屏切到竖屏只改 viewport，圆立刻被拉成椭圆，证明像素矩形不能补救错误的投影 aspect；小红保持 16:9，只把 1920×1080 降到 1440×810，构图和圆形比例不变，随后切到 9:16 并重建投影，圆才恢复。模型因此拆成三份职责：基础投影负责标准幕布的几何，viewport 负责像素落点，动态分辨率重建像素相关目标、TAA jitter 和后处理资源；只有 aspect 或构图策略改变时才改变基础投影，而每帧抖动后的投影仍可随像素偏移更新。

（左脑）严格对表：按列向量约定先定义未抖动基础投影 P_base；若启用 TAA，再由当前目标像素尺寸生成 jitter 并得到本帧 P_jittered。随后用本帧实际采用的 P_frame 计算 p_clip=P_frame·p_view、p_ndc=p_clip.xyz/p_clip.w，再由 x_pixel=x0+(x_ndc+1)width/2 映射 x；y 和 depth 使用当前 Unity/API 约定。显示矩形 aspect 改变时以新 aspect 重建基础透视或正交投影，并明确固定垂直/水平 FOV 的构图策略；仅 Render Scale 从 s 变为 s′ 且 aspect 不变时，基础构图不变，但要更新内部目标像素尺寸、Screen 参数、TAA jitter、jittered projection 与分辨率相关后处理资源，独立原生 UI 目标也不随之缩放。验收横/竖屏圆形比例、已知点像素落点、near/far 深度、0.75 scale 构图不变及目标平台 Y/depth 约定。

老师解惑

• 透视投影：通常由垂直/水平 FOV、aspect、near、far 控制；固定垂直 FOV 时，矩阵的 x 尺度常含 1/aspect。
• 正交投影：没有近大远小，由 orthographic size、aspect 与 near/far 确定可见盒子。
• NDC 与视口：NDC 是与像素无关的标准空间；viewport 才把它映射到具体像素矩形。
• 动态分辨率：改变的是内部像素预算及其相关资源；同一 aspect 下不必改变投影。
• 深度精度：标准透视中近处更密、远处更疏；把 near 无谓推得太近通常会恶化远处精度。

工具分工

• projection-dynamic-resolution Lab：观察 view、clip、NDC 与 pixel 四个空间。
• Unity Camera / URP-HDRP Render Scale：分别控制投影参数与内部渲染尺寸。
• Frame Debugger：确认实际 Render Target、viewport 和各 Pass 分辨率。
• 矩阵/Gizmo 调试：用已知点核对投影、裁剪和像素落点。

记忆钩子

投影决定三维怎样压到标准幕布，视口决定幕布贴到哪块像素；Render Scale 只换幕布的像素密度。