Unity Shader 学习笔记（24） 深度纹理、法线纹理

Unity Shader 学习笔记（24） 深度纹理、法线纹理

参考书籍：《Unity Shader 入门精要》
3D数学 学习笔记（2） 矩阵
3D数学 学习笔记（9） 凹凸映射（bump mapping）和切线空间（tangent space）

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深度纹理

即存深度值的纹理。深度值范围[0, 1]。深度值计算来源于顶点变换后得到的归一化设备坐标（Normalized Device Coordinates, NDC）。深度值指的是z方向距离，而不能代表点到摄像机的距离（欧式距离）。

• 顶点从模型空间转换到齐次裁切空间：顶点着色器中，顶点乘以MVP矩阵得到。
• 齐次裁切空间到归一化设备坐标：使用齐次除法得到。
  
  

如上图，因为最后NDC坐标范围在[-1, 1]内，要计算深度纹理像素值，需要映射到[0, 1]，即：

• d = 0.5 * z_ndc + 0.5

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获取深度纹理与法线纹理

Unity中获取深度纹理的方法：

• 直接来自深度缓存。
• 单独Pass渲染得到。即投射阴影的Pass（LightMode = “ShadowCaster”）。源码见Internal-DepthNormalsTexture.shader文件。
  • 延迟渲染中访问。
  • Unity使用着色器代替技术，会把RenderType为Qpauqe的物体，队列小于2500（Background、Geometry、Alphatest。不透明的队列。）的渲染到深度纹理和法线纹理中。

具体方法：

• 设置相机的纹理模式： camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth;
• 在Shdaer中声明变量_CameraDepthTexture访问：float d = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv);

相关函数：

• LinearEyeDepth：深度采样结果转换到视角空间，即z_view。
• Linear01Depth：返回范围在[0, 1]的线性深度值。
• DecodeDepthNormal：对采样结果解码获取深度和法线信息。
• DecodeFloatRG：解码深度信息。
• DecodeViewNormalStereo：阶码法线信息。

输出线性深度值：

float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv);
float linearDepth = Linear01Depth(depth);
return fixed4(linearDepth, linearDepth, linearDepth, 1.0);

输出法线方向：

fixed3 normal = DecodeViewNormalStereo(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv).xy);
return fixed4(normal * 0.5 + 0.5, 1);