unity中采样深度图的结果处理

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#Unity深度图 #重建世界坐标系 #LinearEyeDepth #Linear01Depth

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本文围绕深度图应用展开，介绍了LinearEyeDepth和Linear01Depth函数。重点阐述通过深度图重建世界坐标系的两种方法，一是逆矩阵方式，虽能实现转换但性能差；二是屏幕射线插值方式。还说明了计算ScreenUV的方式，可用于采样深度图。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

此篇内容是基于深度图的应用的说明，对深度图不清楚的，请查看:
深度图的说明

关于相机的深度侧视图：
深度：存的是Z值，不是此点到相机的距离（例如 G点的深度是AH，但是AG是G点到相机的距离）
（1）第二个函数 LinearEyeDepth
此函数返回就是相机空间中的Z值
（2）第一个函数：Linear01Depth
此函数的返回值是（0，1）的线性值，也是相机空间（视角空间）中的
0：相机的位置是0
1：远裁剪平面是1
在相机空间中的Z值是深度最原始的值，将Z值/原裁剪平面far,就转换到了（0，1）的范围内
此处附上《Shader入门精要》中的推到过程：
采样深度图推导过程请点击此处查看。

下面通过深度图重建世界坐标系：

（方法一）逆矩阵方式重建

：在frag着色器中得到uv坐标（已经进行过齐次除法，且已经由【-1，1】换算到【0，1】），采样深度图得到Clip裁剪空间中的Z值
所以就得到了Clip裁剪空间中的坐标（x,y,z）.然后乘以VP矩阵的逆矩阵，就转换到世界空间中的坐标（记得/.w）
下面是逆推的演示：
条件：已知条件（M为VP矩阵，M^-1即为其逆矩阵，Clip为裁剪空间，ndc为标准设备空间，world为世界空间）：
（1）
ndc = Clip.xyzw / Clip.w = Clip / Clip.w

world = M^-1 * Clip

二者结合得：

world = M ^-1 * ndc * Clip.w
（2）
我们已知M和ndc，然而还是不知道Clip.w，但是有一个特殊情况，是world的w坐标，经过变换后应该是1，即

1 = world.w = （M^-1 * ndc）.w * Clip.w

进而得到Clip.w = 1 / （M^ -1 * ndc）.w

带入上面等式得到：

world = （M ^ -1 * ndc） / （M ^ -1 * ndc）.w

所以，世界坐标就等于ndc进行VP逆变换之后再除以自身的w。
（3）缺点
不过这种方式重建世界坐标，性能比较差，一般来说，我们都是逐顶点地进行矩阵运算，毕竟定点数一般还是比较少的，但是全屏幕逐像素进行矩阵运算，这个计算量就不是一般的大了，性能肯定是吃不消的。

（方法二）：屏幕射线插值方式重建视空间坐标

在这里插入图片描述假如我们得到了相机在世界空间中的位置A，并且已知一个方向向量AG
那么：G点在世界空间中的位置 = 世界空间相机位置A 沿着AG方向平移AG的长度

代码和实现方式如下：

重建世界坐标系

(3) 计算ScreenUV ,的方式：

在vertex中使用 ComputeScreenPos 函数计算：
此函数执行齐次除法，归一化，这两个步骤混合起来就是下面的计算

// 
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;
}

在vertex中计算的 pos : SV_POSITION
（1）此pos 在vertex中是齐次裁剪坐标
（2）此pos 在fragment中是屏幕坐标（屏幕坐标的范围：（0，0）到（width,hight）），在fragment中计算，视口坐标直接用 pos / 屏幕宽高
（3）用上面的结果，采样 _CameraDepthTexture得到缓冲区存储的深度

struct Fragment 
{
    float2 positionSS;
    // 屏幕坐标
    float2 screenUV;
    // 此点自身在视图空间的深度
    float depth;
    // 在深度图中存储的深度（可能不是此点本身的深度）
    float bufferDepth;
};



///
// positionSS  是传入的  positionSS :SV_POSITION的值

// 在Vertex 函数中    positionSS  是齐次裁剪坐标，此时并未进行齐次除法 也 没有归一化
// 在 Fragment函数中  positionSS 是屏幕坐标 （此时 距离转换到 视口坐标 screenUV 坐标， 就差一个 屏幕宽高的缩放了）


Fragment GetFragment(float4 positionSS)
{
    Fragment f;
    f.positionSS = positionSS.xy;
    f.screenUV = f.positionSS / _ScreenParams.xy;
    
    // 正交相机的深度   存储在 w 分量中
    f.depth = IsOrthographicCamera() ? OrthographicDepthBufferToLinear(positionSS.z) : positionSS.w;
    f.bufferDepth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_point_clamp, f.screenUV);  
    f.bufferDepth = IsOrthographicCamera() ? OrthographicDepthBufferToLinear(f.bufferDepth) : LinearEyeDepth(f.bufferDepth,_ZBufferParams);
    return f;
}