《Unity shader入门精要》复习＜第13章 关于NDC坐标和深度/法线纹理＞
2024-09-25 10:44:07
分为三个地方讲解。
NDC(Normalize Device Coordinates)归一化的设备坐标
NDC坐标是世界空间坐标通过MVP变换之后再进行归一化得到的坐标。只需要再一步变换就能得到屏幕空间坐标。顺便提一下因为已经归一化了，如果需要从NDC坐标还原成世界坐标，需要注意最后除w分量。
何为线性何为非线性
正交投影得到的深度是线性的，而透视投影得到深度是非线性的。
所谓线性，就是指变化曲线的一阶导数为常量，也就是说变化量是恒定的。既然变换是恒定的，即深度z的采样点在[-1,]1之间均匀分布。
正交投影的裁剪空间变换矩阵并没有变化w的值，而是对xyz进行等量缩放，变化之后z还是均匀变化的，所以为线性。
而透视投影经过裁剪空间变换矩阵后w的值等于-z的值，所以最终归一化是和1/z成变化关系，变化量必然不恒定，所以为非线性。
得到相机记录的深度/法线信息
我们可以调用camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;和
camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.DepthNormals;来得到深度纹理/深度和法线纹理，深度纹理记录的深度对应的是NDC坐标中的z分量。
因为深度纹理的d分量为[0,1]而NDC的分量为[-1, 1],所以两者的关系为
d = Zndc * 0.5 + 0.5
而前面说到NDC的深度不是线性的，而Unity给我们提供了相关的api来解析深度纹理为线性深度。
- LinearEyeDepth ：还原成视角空间的深度。**这里说得视角就是透视投影/正交投影在缩放成裁剪
- Linear01Depth：在上一个的基础上缩放为[0, 1]之间。
深度纹理获取深度
//在C#代码声明
camera = GetComponent<Camera>();
camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;
//在shader中
//直接在Subshader里面声明
sampler2D _CameraDepthTexture;
//获取
float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv);
//视角空间下的深度
LinearEyeDepth(Depth);
//返回范围在[0,1]的线性深度值，也就是上面那个除以Far，因为裁剪空间的Z轴取值为[Near, Far]
Linear01Depth(Depth);
深度和法线纹理获取深度
camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.DepthNormals;
//在Subshader中声明
sampler2D __CameraDepthNormalsTexture;
//获取[0,1]范围内的线性深度
float depth = DecodeFloatRG(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv));
//获取法线
fixed3 normal = DecodeViewNormalStereo(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv)).xy;
return fixed4(normal *0.5 + 0.5 ,1.0);
深度纹理和NDC坐标的关系
//取得深度纹理在对应uv下的深度
float d = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth);
float NDC = float4(i.uv.x * 2 - 1, i.uv.y * 2 - 1, d * 2 - 1, 1);
在对应的uv坐标下取得深度纹理的B分量之后，只需要 d * 2 - 1就是Zndc。
所以NDC坐标为（i.uv , d * 2 - 1, 1)
而如果需要 还原成线性深度，则提取B带入LinearEyeDepth / Linear01Depth得到结果。
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