TA百人计划学习笔记 3.1.2深度测试

发布时间：2024年01月23日
  • 资料
  • Z test（depth test） 深度测试
    • 引入

    • 是什么
      • 从渲染管线理解

        • 深度测试同样位于逐片元操作过程中，在模板测试之后，透明度混合之前。
      • 从逻辑上理解
        • 和模板测试差不多，都是通过一个比较来判断一系列操作

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          • 如果ZWrite On，且当前深度值和深度缓冲区的值作比较，如果通过就写入深度，不通过就忽略深度

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          • 当前深度值和深度缓冲区中的值做比较，如果通过就写入颜色缓冲区，不通过就不写入颜色缓冲区
      • 从书面概念上理解
        • 就是针对当前屏幕上（更准确的说是FrameBuffer）对应的像素点，将对象自身的深度值与当前深度缓冲区的深度值做比较，如果通过了，这个对象在该像素点才会将颜色写入颜色缓冲区
      • 从发展上看

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          • 控制渲染顺序
            • 画家算法：
              • 这里是指油画的画法，也就是画一幅油画，是从远处开始画，然后近处的东西一点点叠加在上面
              • 存在的问题：例如一列物体，最前面的物体最大，站在正前面看只能看到最前面的物体，这样一来后边的就不用画了，不然就是性能浪费（OverDraw）。
            • Z-Buffer算法：
              • 通过深度缓冲区来控制渲染顺序
          • 控制Z-Buffer对深度的存储
            • 例如：什么时候更新深度缓冲区、什么时候使用深度缓冲区
            • 两个典型的功能：
              • Z Test
              • Z Write
          • 控制不同类型物体的渲染顺序
            • 透明物体
            • 不透明物体
            • 渲染队列
          • 减少OverDraw
            • Early-Z
            • Z-cull（优化手段）
            • Z-check（确认正确遮挡关系）
    • 原理和方法
      • Z-Buffer（深度缓冲区）
        • 和颜色缓冲区一样，在每个片段中存储了信息，并且通常和颜色缓冲有着一样的宽度和高度
          • 颜色缓冲区：
            • 就是最终在显示屏硬件上显示颜色的GPU显存区域了，这个缓冲区储存了每帧更新后的最终颜色值，图形流水线经过一系列测试，包括片段丢弃、颜色混合等，最终生成的像素颜色值就储存在这里，然后提交给显示硬件显示。
        • 深度缓冲是由窗口系统自动创建的，它会以16、24、32位float形式存储深度值。
          • //大部分系统中深度值是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。
          • 我们可以通过Z-Write 、Z-Test来调用Z-Buffer，来达到想要的渲染效果
      • Z Writer（深度写入）
        • 深度写入包括两种状态
          • ZWrite On
            • 当我们开启深度写入，物体被渲染时针对物体在屏幕（FrameBuffer）上每个像素的深度都写入到深度缓冲区。
          • ZWrite Off
            • 关闭深度写入状态，物体的深度就不会写入深度缓冲区。
        • 只有ZTest和ZWrite都可行的情况下才写入深度缓冲区

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            • 除了ZWrite的是否写入深度缓冲区，更重要的是：是否通过深度测试，也就是Z-Test
            • 如果Z-Test都没通过，也就不会写入深度了。
            • 综上，ZWrite有On、Off两种情况；ZTest有通过、不通过两种情况，两者结合的四种情况如下：

      • Z-Test的比较函数

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          • 默认情况下：
            • Z Write：On
            • Z Test：LEqual
            • 深度缓冲一开始为无穷大
      • Unity的渲染队列
        • Unity内置的几种渲染队列：

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            • 按照渲染顺序从先到后排序，队列数越小，越先渲染；反之同理。
            • BUT
              • Unity中透明物体的渲染顺序：从后往前（类似画家算法，会造成OverDraw）
              • Unity中不透明物体的渲染顺序：从前往后
                • 也就是说深度小的先渲染，其次再渲染深度大的
        • Unity中设置渲染队列：
          • 语法：Tags { “Queue” = “渲染队列名”}
            • 默认是Geometry
          • 可以在shader的Inspector面板中查看渲染队列相关属性

      • 简述Early-Z技术
        • early
          • adv. 提前；提早；在早期；在初期
          • adj. 早期的；初期的；早先的；早到的

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          • 三角形遍历之后、片元着色器（像素着色器）之前。
          • 传统的渲染管线中，ZTest是在Blending阶段，这时进行深度测试的话，所以对象的像素着色器都会计算一遍，没有性能提升，只是为了得到正确的效果，造成了大量的无用计算。（深度测试失败的片元是经过片元着色器计算的片元，也就是说：到在ZTest不通过而被抛弃，前边的计算就是无用功了）

        • ?
          • Z-Cull是为了筛选片元达到性能优化的目的
          • Z-check是为了保证正确的遮挡关系。
      • 深度值
        • 模型在渲染管线中的几次空间变换

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            • 最后通过一些投影映射变换到屏幕空间
    • 效果
      • 案例一
        • 三个正方体遮挡关系

        • shader

          • code

        • 在frame debug中查看渲染顺序

      • 案例二 X-Ray效果

        • ?
          • 实现思路：
            • shader的多pass
              • pass0
                • X-Ray效果使用ZTest ：Greater，关闭深度写入
              • pass1
                • 默认的渲染：LEqual、ZWrite On
        • shader
          • code

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              • Cull back 是剔除背面，为了优化
              • Blend SrcAlpha One ：由于有一个透明的效果，除了上边的，还需要一步Blend，来做透明度混合

      • 拓展

  • 参考资料
    • 《shader入门精要》
    • 《Unity ShaderLab 开发实战详解》
文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_57856130/article/details/135772195
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