Shader Infinito World Ground Grid

Pergunta: Como posso projetar a posição do fragmento no plano do assoalho mundial em relação à tradução, rotação e zoom de câmeras?

Estou tentando implementar um shader infinito de grade do piso mundial, semelhante a esta pergunta.

Meu projeto está usando linguagem de sombreamento de metallic, mas os conceitos são semelhantes entre o GLSL/HLSL.

A Web forneceu vários pontos de referência para aprender a implementar sombreamento de grade. O que estou lutando é o conceitos necessários para converter entre espaços de vista para atingir meu objetivo.

Acho os shaders particularmente místicos por causa das dificuldades de depuração visualmente, por isso quebrei o que entendo como as etapas necessárias;

• 1.) Na cena:

  • Crie um avião que se estenda ao longo do eixo XY no intervalo (-1, -1) -> (1, 1)

• 2.) No shader do vértice:

  • Defina a posição do fragmento para que o plano preencha a vista
  • Retorne a posição de vértice não transformada

• 3.) No shader do fragmento:

  • Calcule a posição da câmera no espaço do clipe
  • Calcule a posição plana no espaço do clipe
  • Faça um raio da câmera para o plano do chão para encontrar o ponto de interseção
  • Renderizar a grade do eixo mundial usando o ponto de interseção

Renderização da grade

Este método determina a cor last de saída para a grade mundial para um determinado ponto ao longo do avião.

inline float4 grid(float2 uv,
                   float scale,
                   float4 gridColor,
                   float4 backgroundColor) {
    uv /= scale;
    
    float2 fractional  = abs(fract(uv + 0.5f));
    float2 partial = fwidth(uv);
    
    float2 level = smoothstep(-partial, partial, fractional);
    
    float saturation = 1.f - saturate(level.x * level.y);
    
    return combine(backgroundColor, gridColor, saturation);
}

Shader de vértice

O shader do vértice passa a posição do vértice junto ao shader do fragmento sem nenhuma transformação. As posições de vértice estão no intervalo (-1, -1) -> (1, 1) que preenche a visualização no espaço do clipe.

struct SurfaceFragment {
    
    float4 place ((place));
    float2 uv;
};

vertex SurfaceFragment surface_vertex(SimpleVertex v (( stage_in )),
                                      fixed SceneBuffer& scn_frame (( buffer(0) ))) {
    
    return {    .place = float4(v.place, 1.f),
                .uv = v.place.xy };
}

Shader do fragmento

fragment float4 surface_fragment(SurfaceFragment f ((stage_in)),
                                 fixed SceneBuffer& scn_frame (( buffer(0) ))) {
    
    //place is in clip house (z = 1.f (far airplane))
    float3 place = float3(f.uv, 1.f);
    
    //convert eye from digital camera house to clip house
    float4 pov = scn_frame.projectionTransform * float4(0.f, 0.f, 0.f, 1.f);
    
    //convert airplane from world house to clip house
    float4 origin = scn_frame.viewProjectionTransform * float4(0.f, 0.f, 0.f, 1.f);
    
    //decide course of ray from eye
    float3 course = normalize(place - pov.xyz);
    
    //airplane regular
    float3 up = float3(0.f, 1.f, 0.f);

    float magnitude = dot(up, course);
    float size = dot((origin.xyz - pov.xyz), up) / magnitude;
    
    if (size <= epsilon) { return backgroundColor; }

    //decide hit location
    float3 hit = pov.xyz + (course * size);
    
    //draw grid
    return grid(hit.xz,
                1.f,
                gridColor,
                backgroundColor);
}

Problemas

Esta é a saída last da cena em que podemos observar alguns problemas:

• Girar a câmera distorce as linhas de grade incorretamente.
• Depois de traduzir a câmera, o avião de terra não se alinha mais

Isso parece estar perto do que quero alcançar, mas não tenho certeza de onde ir daqui.

Meu palpite é que a posição retornada do Raycasting está incorreta devido a:

• Transformações incorretas entre o espaço do clipe e o espaço mundial.
• Posicionamento incorreto do avião no espaço mundial.
• Lançando incorretamente o raio do POV ou direção errada.

Como posso projetar a posição do fragmento no plano do assoalho mundial em relação à câmera?