• 二、深度测试(Z Test)


    1.是什么

    ①从渲染管线出发

    ②书面上理解

    所谓深度测试,就是针对当前对象在屏幕上(更准确的说是frame buffer)对应的像素点,讲对象自身的深度值与当前该像素点缓存的深度值进行比较,如果通过了,本对象再改像素点才会将颜色写入颜色缓冲区,否则不会写入颜色缓冲区

    ③逻辑上理解

    ④从发展上理解

    2.深度缓冲区(Z-Buffer)

    深度缓冲就像颜色缓冲(储存所有的片段颜色:视觉输出)一样,在每个片段中储存了信息,并且(通常)和颜色缓冲有着一样的宽度和高度。深度缓冲是由窗口系统自动创建的,它会以16、24或者32位float的形式存储它的深度值。在大部分的系统中,深度缓冲的精度都是24位的。

    Z-Buffer中存储的是当前的深度信息,对于每个像素存储一个深度值。

    通过Z Write和Z Test来调用用Z-Buffer,实现想要的渲染结果。

    3.Z Write 和 Z Test

    深度写入如包括两种状态:ZWrite On与ZWrite Off

    当我们开启深度写入的时候,物体被渲染时针对物体在屏幕(更准确的说是frame buffer)上每个像素的深度都写入到深度缓冲区;反之,如果是ZWrite Off,那么物体的深度就不会写入深度缓冲区。但是,物体是否会写入深度,除了ZWrite这个状态外,更重要的是是需要深度测试通过,也就是ZTest通过,如果ZTest都没通过,那么也就不会写入深度了

    Z Test比较操作:

    默认ZWrite On和ZTest Lequal,深度缓存一开始为无穷大。

    Z Test分为通过和不通过两种情况,ZWrite分为开启和关闭两种情况的话,一共就是四种情况,具体见下图。

    4.深度测试流程

    5.渲染队列

    Unity中的集中内置的渲染队列,按照渲染顺序,从先到后进行排序,队列越小的,越先渲染,队列数越大的,越后渲染。

    Unity中设置渲染队列:Tags{"Queue"="Transparent"},默认是Geometry。

      • 不透明物体的渲染顺序:从前往后
      • 透明物体的渲染顺序:从后往前
      • (更严谨说是不透明物体渲染:队列数值从小到大,透明物体渲染顺序:队列数值从大到小)

    Unity中Inspector shader面板中查看队列:

    6.简述Early-Z技术

    传统渲染中,Z Test其实是在Blending阶段,这时候进行深度测试,所有对象的像素着色器都会计算一遍,没有什么性能提升,仅仅是为了得出正确的遮挡结果,会造成大量的无用计算,因为每个像素电商肯定重叠了很多计算。因此现代GPU中运用了Early-Z的技术,在Vertex阶段和Fragment阶段之间(光栅化之后,fragment之前)进行一次深度测试,如果深度测试失败,就不必进行fragment阶段的计算了,因此在性能上会有很大的提升。但是最终的Z Test仍然需要进行,以确保最终的遮挡关系结果正确。前面的一次主要是Z-Cull为了裁剪已达到优化的目的,后一次主要是Z-Check为了检查,如下图:

    7.深度值

    为什么深度缓冲区使用非线性深度?

    参考链接深度测试 - LearnOpenGL-CN

    8.深度测试总结

    • 使用深度缓冲区最重要的两个值:当前深度换重置(Z BufferValue)和深度参考值(Reference Value),并通过比较操作获取立项渲染效果。
    • Unity中的渲染顺序:西安许安然不透明物体,顺序是从前到后;在渲染透明物体,顺序是从后到前。
    • 通过Z Write和Z Test组合使用控制半透明物体的渲染。
    • 引入Early-Z技术后的深度测试相关的渲染流程。
    • 深度缓冲区古中存储的深度值为0到1范围的浮点值,切为非线性。

    9.深度测试扩展

    • 基于深度的着色(湖水渲染)
    • 阴影忒图(ShadowMap)
    • 透明物体、粒子渲染
    • 透视X-Ray效果
    • 切边效果
    • 等等

    参考链接:

    Unity Shader-渲染队列,ZTest,ZWrite,Early-Z

    learnopengl 深度测试

    unity-shader深度测试-透视xray

    《Unity ShaderLab开发实战详解》

    《Unity Shader 入门精要》

    Toon Water Shader


    视频代码 Z-Test


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