目錄

效果

目的

• 學(xué)習(xí)深度的原理以及計算過程。

• 了解觀察空間的概念，ComputeScreenPos函數(shù)和Linear01Depth函數(shù)的使用。

• 粒子切邊問題。

Eye Depth | 觀察空間

觀察空間看到的物體是什么樣子的？

第一種方法

• 觀察空間是物體相對于攝像機所在平面的距離，（攝像機的深度是 0 ，物體是w）因為是相對，所以Z是相反的。

  我們前計算頂點距離攝像機數(shù)值。

第二種方法

• 在頂點著色器階段，使用函數(shù)ComputeScreenPos裁剪空間轉(zhuǎn)換成屏幕空間，

0代表觀察空間位置，w代表頂點位置，

擴展

為什么輸出是屏幕空間.w分量，不應(yīng)該是z嗎？

從觀察空間到裁剪空間的矩陣是投影矩陣，但要注意的是，投影矩陣并沒有實現(xiàn)真正的投影，而是將頂點變換到齊次裁剪坐標(biāo)，為裁剪做準(zhǔn)備，

經(jīng)過投影矩陣變換后，

（透視相機）透視投影下的頂點齊次坐標(biāo)屏幕空間.w值為**-position.z** 。深度值就儲存到w里了。

計算過程參考大佬方法

3D數(shù)學(xué)-透視投影 - 知乎 (zhihu.com)????

圖形學(xué)基礎(chǔ) - 變換 - 投影 - 知乎 (zhihu.com)

• 輸出頂點

• 效果和上面的一樣 ，

  因為目前數(shù)值很大所以曝光了。越距離攝像機越遠(yuǎn)數(shù)值越大。

這一步可以理解是獲取頂點在屏幕位置的數(shù)值，那我們下一步獲取深度值。????

獲取深度值

URP管線設(shè)置開啟深度圖

• 打開渲染管線確認(rèn)是否開啟深度（Depth）

• ShaderGraphs 里獲取深度節(jié)點

Shader中獲取深度圖

• 聲明深度變量

• 頂點著色器階段---輸入 ?裁剪空間齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到屏幕空間的齊次坐標(biāo)

注意：這里是輸入的是裁剪空間位置坐標(biāo)

• 片元著色器階段—輸出結(jié)果

• 效果

代碼

問題

問題1 為什么裁剪空間轉(zhuǎn)換成屏幕空間需要在除 scrPos.w 分量？

在頂點著色器階段，我們已經(jīng)使用函數(shù)ComputeScreenPos 把裁剪空間轉(zhuǎn)換成屏幕空間了。

為什么到片元著色器階段還要使用 ?屏幕空間.xy / 屏幕空間.w 分量。

從攝像機空間到裁剪空間的矩陣是投影矩陣，但要注意的是，投影矩陣并沒有實現(xiàn)真正的投影，而是將頂點變換到齊次裁剪坐標(biāo)，為裁剪做準(zhǔn)備，

經(jīng)過投影矩陣變換后，

• （透視相機）透視投影下的頂點齊次坐標(biāo)屏幕空間.w值為**-position.z** 。深度值就儲存到w里了。

• （正交相機） 正交投影的w值為1

我們上一節(jié)護(hù)盾篇介紹到 position.z就是物體的深度值。?

• 裁剪空間下齊次坐標(biāo)，x和y的取值范圍是（-w，w） ?然后 W 分量**（-z）**

• 屏幕空間下的齊次坐標(biāo)，取值范圍是（0-1），W分量 （-z）

• 最后通過透視除法之后xy的取值范圍就是（0-1）了。

所以 ：這個過程通過齊次除法（透視除法）轉(zhuǎn)換成普通坐標(biāo)

問題2 為什么還需要使用Linear01Depth函數(shù)對深度圖處理。

采樣得到的深度值，在透視投影的情況下不是線性的，因為經(jīng)過透視投影和齊次除法后，Zndc和Zview的倒數(shù)是線性關(guān)系，我們采樣得到了非線性的深度值.

判斷物體是否和其它物體相交

實現(xiàn)這個效果我們就需要判斷當(dāng)前物體的深度值與深度圖中對應(yīng)的深度值是否在一定范圍內(nèi)，

如果是則判定為相交。

• 第1步我們在裁剪空間計算出物體的位置信息，

• 第2步獲取場景深度數(shù)據(jù)，物體的像素深度。

• 第3步 在判斷物體是否和場景中的其他物體相交。

特效中粒子和模型交叉時會出現(xiàn)切邊。就可以使用這樣的方法解決。

• 默認(rèn)效果，帶有切邊

1. 第一種方法 ?使用裁剪空間計算深度

• 第一種方法,護(hù)盾使用的方法。

  開始計算出物體在屏幕空間的位置信息。

• 計算空間深度轉(zhuǎn)換成線性

這里使用函數(shù)Linear01Depth 轉(zhuǎn)換到（0-1）

注意 ：函數(shù)定義在Common.hlsl里，注意它和build in的同名函數(shù)的參數(shù)不同

• 在計算模型線性深度

• 最后計算出物體之間的深度效果

• 效果

• 參數(shù)

• 代碼

2. 第二種 使用屏幕空間獲取深度

• 使用函數(shù)ComputeScreenPos 裁剪空間信息轉(zhuǎn)換到齊次空間下屏幕空間位置 。

  頂點著色器階段

• 在片元著色器階段

輸出結(jié)果

代碼

ComputeScreenPos | 計算齊次空間下屏幕坐標(biāo)位置

URP內(nèi)置獲取

擴展 ComputeScreenPos ?屏幕齊次坐標(biāo)
透視投影之后透視除法之前的坐標(biāo)空間被稱為裁剪空間，也叫齊次（裁剪）空間

• 看這個函數(shù)輸入的是一個位置信息，該函數(shù)傳入的是齊次空間下的坐標(biāo)，

下面我們進(jìn)行齊次坐標(biāo)推導(dǎo)到屏幕坐標(biāo)

• 頂點在變換到齊次坐標(biāo)后，其x和y分量的范圍在[-w, w]。

  假設(shè)目前屏幕的寬度為width，高度為height，那么屏幕坐標(biāo)的計算方法為：

• Unity Shader

這樣變換完的結(jié)果和我們上面計算的結(jié)果一樣。

總結(jié)

• ComputeScreenPos 函數(shù)是計算裁剪空間轉(zhuǎn)換到屏幕空間

LinearEyeDepth和Linear01Depth

這是這倆個函數(shù)的對比。

• Linear01Depth會返回相機空間中范圍在(0，1]的深度，近平面為Near/Far，遠(yuǎn)平面為1。

• LinearEyeDepth會返回相機空間中的深度，近平面為Near，遠(yuǎn)平面為Far。

  
  

總結(jié)

這倆個計算深度的方法不同，都是計算物體深度，第二種方法更簡單。

擴展：實現(xiàn)水深度

使用上面2種制作一下水面深度的效果。

第一種，裁剪空間和像素深度

• 在片元計算器階段 使用裁剪空間和屏幕位置計算頂點位置。

• 獲取渲染深度

• 輸入裁剪空間的像素深度

• 計算倆個物體的深度

第二種 ?自定義函數(shù)求深度

• 定義ComputeScreenPos函數(shù) ，上面介紹過。

這個函數(shù)是把裁剪空間齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到屏幕空間的齊次坐標(biāo)，映射到 （0,1）范圍

• 定義一個函數(shù)獲取全部深度,輸出是float類型，所以輸出單通道。

• 在定義一個計算倆個物體深度

注意 ： ScreenPosition.xy / ScreenPosition.w ? 是在做透視除法,像素除深度

• 在片元著色器階段輸出

代碼