入门精要-第十三章-深度图原理理解

mypro334

写了卡渲的人物和树，已经用了两次深度图了，未来什么雪地脚印、水体都会用到，深感深度图的重要性，特开文章从头分析。
分析一下unity的深度图套餐。套餐真香，拿来就能吃，也没分析过组成成分。现在想自己做着吃喽！
原理


非线性分布、范围为[0,1]的高精度深度值被存在深度纹理中，通过NDC的z分量得到。
非线性


在MVP变换的最后一步，当我们使用透视投影矩阵时，这个变换就是非线性的。mvp变换完成后，还要进行齐次除法变换为NDC，即变到[-1,1]的立方体空间。

[0,1]


z分量范围为[-1,1]，因此要做一个映射。d=0.5·zndc+0.5
深度纹理来源


使用延迟渲染路径，深度纹理可以访问到，因为延迟渲染会把这些信息渲染到G-buffer 中。
而当无法直接获取深度缓存时，深度和法线纹理是通过一个单独的Pass 渲染而得的。具体实现是， Unity 会使用着色器替换(Shader Replacement) 技术选择那些渲染类型（SubShader RenderType）为Opaque 的物体，将渲染队列小于等于2500 (AlphaTest以下）的物体渲染到深度和法线纹理中。即半透明不行。
URP中实现


开头定义
TEXTURE2D_X_FLOAT(_CameraDepthTexture); SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);
为啥要用_X_FLOAT，我猜是为Instancing和更高的精度考虑。（妹学呢，instancing，久仰大名，可惜快到期末，忙成狗)。
输出结构体中增加
float4 posScr: TEXCOORD7;
顶点着色器
v.posScr = ComputeScreenPos(v.posCS);
函数源码
float4 ComputeScreenPos(float4 positionCS){    float4 o = positionCS * 0.5f;    o.xy = float2(o.x, o.y * _ProjectionParams.x) + o.w;    o.zw = positionCS.zw;    return o;}
ComputeScreenPos输入裁剪空间顶点坐标,_ProjectionParams.x在默认情况下是1（若使用翻转的投影矩阵则为-1），上述代码实际输出：
Outputx = clipx / 2 + clipw / 2;
Outputy = clipy / 2 + clipw / 2;
Outputz = clipz;
Outputw = clipw;
可以看出，这里的xy并不是真正的视口空间下的坐标，因此，要在片元着色器中除以它的w分量。

为什么不在ComputeScreenPos中除以w分量得到真正的屏幕空间坐标，因为如果Unity在顶点着色器中这么做的华，就会破坏从顶点到片元着色器的插值的结果。投影空间不是线性的，而插值是线性的。

经过除法操作后，我们可以得到该片元在视口空间的坐标了，也就是一个xy范围都在[0,1]之间的值。如果是透视投影 z[-Near,Far] w[Near,Far]， 如果是正交投影 z[-1,1],w恒为1。

片元着色器
half2 screenUV = v.posScr.xy/v.posScr.w;half depth = SAMPLE_TEXTURE2D_X(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, screenUV).r;half linearEyeDepth = LinearEyeDepth(depth, _ZBufferParams);
转换到线性空间原理不多看。先会用。
这样就得到了线性空间（视角空间）下的深度值啦。
引用

Shader学习笔记（三）学习Shader所需的数学基础