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CS001-50-depth

news 来源：原创 2025/6/19 10:30:01

深度图

如何写入深度图

长什么样子

copy depth pass

z反转

如何读取深度图&还原世界坐标

深度图

深度图，是记录离物体离摄像机最近的图。

如何写入深度图

深度图，在urp中，如果相机开启了需要深度图的话，会自动在写color之后，写一个深度图。此外urp还提供一个depth only pass的，他和免费提供的写深度互斥使用。

申请深度图

RenderingUtils.ReAllocateIfNeeded(ref m_CameraDepthAttachment, depthDescriptor, FilterMode.Point, TextureWrapMode.Clamp, name: "_CameraDepthAttachment");
cmd.SetGlobalTexture(m_CameraDepthAttachment.name, m_CameraDepthAttachment.nameID);

长什么样子

copy depth pass

为啥urp有个copydepth，还有个depthonly。

depthonly存在的原因，我的猜测是为了先得到深度图，earlyz的剔除功能，但是会增加drawcall。

copydepth存在的原因，我不知道：原始的_CameraDepthAttachment能用读取呀，为啥不直接用呢？？？

C#代码中申请_CameraDepthTexture的地方，然后将_CameraDepthAttachment拷贝到_CameraDepthTexture。

// Allocate m_DepthTexture if used
if ((this.renderingModeActual == RenderingMode.Deferred && !this.useRenderPassEnabled) || requiresDepthPrepass || requiresDepthCopyPass)
{var depthDescriptor = cameraTargetDescriptor;if (requiresDepthPrepass && this.renderingModeActual != RenderingMode.Deferred){depthDescriptor.graphicsFormat = GraphicsFormat.None;depthDescriptor.depthStencilFormat = k_DepthStencilFormat;depthDescriptor.depthBufferBits = k_DepthBufferBits;}else{depthDescriptor.graphicsFormat = GraphicsFormat.R32_SFloat;depthDescriptor.depthStencilFormat = GraphicsFormat.None;depthDescriptor.depthBufferBits = 0;}depthDescriptor.msaaSamples = 1;// Depth-Only pass don't use MSAARenderingUtils.ReAllocateIfNeeded(ref m_DepthTexture, depthDescriptor, FilterMode.Point, wrapMode: TextureWrapMode.Clamp, name: "_CameraDepthTexture");cmd.SetGlobalTexture(m_DepthTexture.name, m_DepthTexture.nameID);context.ExecuteCommandBuffer(cmd);cmd.Clear();
}

shader中拷贝深度图的地方：

float SampleDepth(float2 uv)
{
#if MSAA_SAMPLES == 1return SAMPLE(uv);
#elseint2 coord = int2(uv * _CameraDepthAttachment_TexelSize.zw);float outDepth = DEPTH_DEFAULT_VALUE;UNITY_UNROLLfor (int i = 0; i < MSAA_SAMPLES; ++i)outDepth = DEPTH_OP(LOAD(coord, i), outDepth);return outDepth;
#endif
}#if defined(_OUTPUT_DEPTH)
float frag(Varyings input) : SV_Depth
#else
float frag(Varyings input) : SV_Target
#endif
{UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX(input);return SampleDepth(input.texcoord);
}

z反转

截取到的图，单通道r，近处是红色，远处为黑色，说明使用了z反转。z的反转是为解决浮点数精度的问题。提高远处的精度，避免zfighting的问题。

近处的物体本身就是占很大块，不会被剔除，所以精度要求不高。

如何读取深度图&还原世界坐标

读取深度图很简单，就是采样图即可：

SAMPLE_TEXTURE2D_X(_CameraDepthTexture, sampler_PointClamp, input.texcoord.xy).r;

而难点或者经常出错的点在于用uv和深度反推世界坐标，而反推世界坐标又是各种奇巧淫记的关键步骤，所以搞清楚这个至关重要，而搞清楚这个，又得搞清楚mvp矩阵。

在unity中，如何正确使用mvp矩阵呢？不同平台又有什么差别呢？这将是接下来讨论的重点。

先说结论：

1）dx平台+vulkan平台+opengl es平台

这些平台的原始透视矩阵都是将z映射到（-1，1）范围内，也即是这行代码：Camera.main.projectionMatrix

Matrix4x4 p = Camera.main.projectionMatrix; Debug.Log("p=" + p);

你会发现，各个平台的输出都是一样的，都是基于这个公式，他是将xyz，都映射到（-1，1）的立方体中。

而上面这个公式的推导参考：

unity里的正交投影和透视投影_unity的正交投影-CSDN博客

简单介绍下矩阵中的参数，其中角度theta，是摄像机的垂直fov的值，如下图：

n和f是上图绿色框里设置的值，即近平面和远平面，然后aspect为你设置的屏幕的宽高比，即width/height=aspect。

顺便这里提下：如果使用C#测试这个代码，将n不要设置的太小，将f不要设置的太大，否则大于看不出明显的z值变化，可以参考上面的将

n设置为1，将f设置为10.01，能够拖拽测试物体，观察ndc坐标的变化，开始我将f设置为1000，z值输出基本都是0，误以为推导不正确。

而问题到这里，并没有真正结束，我们发现C#中的投射矩阵和shader中的投射矩阵的值不同，原因是shader中使用的投射矩阵是下面这行代码：

Matrix4x4 p = GL.GetGPUProjectionMatrix(Camera.main.projectionMatrix, true);

这个又是啥，这个unity为了屏蔽平台差异，提供的获取最终投射矩阵的api，其源码如下：

结论2）unity dx平台+vulkan平台

在使用了GL.GetGPUProjectionMatrix(Camera.main.projectionMatrix, true);之后，最终将z映射到（1，0）范围内，写入到深度图中的深度是（1，0）范围内。

结论3）opengl es平台

在使用了GL.GetGPUProjectionMatrix(Camera.main.projectionMatrix, true);之后，最终将z映射到（-1，1）范围内，但是写入到深度图中的深度是（0，1）范围内。

写入的过程我们不可控，也许unity自己将（-1，1）的深度，转到（0，1）范围内了。

结论4）最终shader中用到的proj矩阵是：GL.GetGPUProjectionMatrix(Camera.main.projectionMatrix, true);矩阵。

结论是：对于z反转的，采样出来的深度范围是（1，0）近大远小，直接用于齐次坐标的z，参与世界坐标的转换。

对于z不反转的，此时采样出来的深度范围是（0，1）近小远大，要将其转到（-1，1）范围内z'，参与世界坐标的转换。

以上可以在C#中测试：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;public class ReadDepthTexture : MonoBehaviour
{public GameObject cube;// Update is called once per framevoid Update(){Matrix4x4 proj = GL.GetGPUProjectionMatrix(Camera.main.projectionMatrix, true);Matrix4x4 view = Camera.main.worldToCameraMatrix;Vector4 woldPos = new Vector4(cube.transform.position.x, cube.transform.position.y, cube.transform.position.z, 1);Vector4 hPos = proj * view * woldPos;Vector4 ndcPos = new Vector4(hPos.x / hPos.w, hPos.y / hPos.w, hPos.z / hPos.w, 1);//Debug.Log("ndcPos=" + ndcPos);// dx+vulkanVector4 dxAndVolkanScreenNDC = new Vector4(ndcPos.x * 0.5f + 0.5f, 1 - (ndcPos.y * 0.5f + 0.5f), ndcPos.z, 1);Debug.Log("dxAndVolkanScreenNDC=" + dxAndVolkanScreenNDC);// openglesVector4 openglESScreenNDC = new Vector4(ndcPos.x * 0.5f + 0.5f, ndcPos.y * 0.5f + 0.5f, ndcPos.z, 1);//Debug.Log("openglESScreenNDC=" + openglESScreenNDC);}
}

然后说下，两种情况下反推世界坐标的方法：

case1）对于dx+vulkan反推世界坐标

经过proj*view*worldPos之后，然后透视除法得到ndc坐标，然后将uv的（-1，1）转为到（0，1），然后y轴在用1-y即可。而对于z就是ndcPos.z即可，深度图中也是存储的这个值。

所以，如果是反着推，知道uv和采样处理的深度depth，怎么得到worldPos呢？

首先将uv变为（-1，1），然后y反转，直接取负号即可，而对于采样的depth不做任何处理，直接造一个齐次坐标（uv.x,uv.y,depth,1)，然后乘以pv矩阵的逆矩阵，然后除以w分量即可得到世界坐标。

case2）对于openges平台

经过proj*view*worldPos之后，然后透视除法得到ndc坐标，uvz都是在（-1，1）之间，将uvz都转到（0，1）范围，uv.y不反转。深度图记录的是（0，1）的深度值。

所以，如果是反着推，知道uv和采样处理的深度depth，怎么得到worldPos呢？

首先将uv变为（-1，1），然后y不反转，而对于采样出来的depth是（0，1）范围内的（近小，远大）将其变为（-1，1）内，即2*depth-1，得到depth'，造一个齐次坐标（uv.x,uv.y,depth',1)，然后乘以pv矩阵的逆矩阵，然后除以w分量即可得到世界坐标。

shader中正确写法1：

#if UNITY_REVERSED_Zfloat deviceDepth = SAMPLE_TEXTURE2D_X(_CameraDepthTexture, sampler_PointClamp, input.texcoord.xy).r; 
#elsefloat deviceDepth = SAMPLE_TEXTURE2D_X(_CameraDepthTexture, sampler_PointClamp, input.texcoord.xy).r;deviceDepth = deviceDepth * 2.0 - 1.0;
#endiffloat3 wpos = ComputeWorldSpacePosition(input.texcoord.xy, deviceDepth, unity_MatrixInvVP);

shader中正确写法2：

如下，这里UNITY_NEAR_CLIP_VALUE在没有使用UNITY_REVERSED_Z的时候，UNITY_NEAR_CLIP_VALUE是-1。lerp(-1,1,depth)，等价于depth*2-1。

所以两种写法等价，任选其一。

 #if UNITY_REVERSED_Zhalf depth = SampleSceneDepth(uv.xy).x;#elsehalf depth = lerp(UNITY_NEAR_CLIP_VALUE, 1, SampleSceneDepth(uv.xy).x);#endiffloat4 worldPos = float4(ComputeWorldSpacePosition(uv.xy, depth, UNITY_MATRIX_I_VP), 1.0);

深度图

如何写入深度图

长什么样子

copy depth pass

z反转

如何读取深度图&还原世界坐标

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