获取深度和法线纹理的原理

作者：追风剑情发布于：2017-12-23 12:07 分类：Shader

原理

深度纹理实际就是一张渲染纹理，只不过它里面存储的像素值不是颜色值，而是一个高精度的深度值。由于被存储在一张纹理中，深度纹理的深度值范围是[0, 1]，而且通常是非线性分布的。这些值来自于顶点变换后得到的归一化的设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)。在得到NDC后，深度纹理中的像素值就可以很方便地计算得到了，这些深度值就对应了NDC中顶点坐标的z分量的值。由于NDC中z分量的范围在[-1, 1]，为了让这些值能够存储在一张图像中，我们需要使用公式对其进行映射：d=0.5×Zndc+0.5，其中，d对应了深度纹理中的像素值，Zndc对应了NDC坐标中的z分量值。

在Unity中，深度纹理可以直接来自于真正的深度缓存，也可以是由一个单独的Pass渲染而得，这取决于使用的渲染路径和硬件。通常来讲，当使用延迟渲染路径(包括遗留的延迟渲染路径)时，深度纹理理所当然可以访问到，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渲染而得到的。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(即SubShader的RenderType标签)为Opaque的物体，判断它们使用的渲染队列是否小于等于2500(内置的Background、Geometry和AlphaTest渲染队列均在此范围内)，如果满足条件，就把它渲染到深度和法线纹理中。因此，要想让物体能够出现在深度和法线纹理中，就必须在Shader中设置正确的RenderType标签。

在Unity中，我们可以选择让摄像机生成一张深度纹理或是一张深度+法线纹理。当选择前者，即只需要一张单独的深度纹理时，Unity会直接获取深度缓存或是按之前讲到的着色器替换技术，选取需要的不透明物体，并使用它投射阴影时使用的Pass(即LightMode被设置为ShadowCaster的Pass)来得到深度纹理。如果Shader中不包含这样一个Pass，那么这个物体就不会出现在深度纹理中(当然，它也不能向其他物体投射阴影)。深度纹理的精度通常是24位或16位，这取决于使用的深度缓存的精度。如果选择生成一张深度+法线纹理，Unity会创建一张和屏幕分辨相同、精度为32位(每个通道为8位)的纹理，其中观察空间下的法线信息会被编码进纹理的R和G通道，而深度信息会被编码进B和A通道。法线信息的获取在延迟渲染中是可以非常容易就得到的，Unity只需要合并深度和法线缓存即可。而在前向渲染中，默认情况下是不会创建法线缓存的，因此Unity底层使用了一个单独的Pass把整个场景再次渲染一遍来完成。这个Pass被包含在Unity内置的一个Unity Shader中，我们可以在内置的文件(builtin_shaders-xxx\DefaultResourcesExtra\Internal-DepthNormalsTexture.shader)中找到这个渲染深度和法线信息的Pass

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