如何在iOS中使用OpenGL ES正确线性化深度？

Question

我正在尝试使用OpenGL为iOS应用程序渲染一幅森林场景。为了使其更美观，我想将深度效果应用于场景中。然而，为此我需要从OpenGL深度缓冲区获取一个线性化深度值。目前，我在片段着色器中使用一个计算公式（从这里找到）。

因此，我的地形片段着色器如下所示：

#version 300 es

precision mediump float;
layout(location = 0) out lowp vec4 out_color;

float linearizeDepth(float depth) {
    return 2.0 * nearz / (farz + nearz - depth * (farz - nearz));
}

void main(void) {
    float depth = gl_FragCoord.z;
    float linearized = (linearizeDepth(depth));
    out_color = vec4(linearized, linearized, linearized, 1.0);
}

然而，这会导致以下输出:

如您所见，越远离视角，深度值就越有“条纹”效果（特别是在船后面）。如果地形块靠近相机，则输出结果还算可以。

我甚至尝试了另一种计算方法:

float linearizeDepth(float depth) {
    return 2.0 * nearz * farz / (farz + nearz - (2.0 * depth - 1.0) * (farz - nearz));
}

由于数值过高，我进行了缩放处理，通过除以一个数进行调整：

float linearized = (linearizeDepth(depth) - 2.0) / 40.0;

然而，它给出了类似的结果。

那么，如何在近平面和远平面之间实现平滑、线性的过渡，没有任何条纹呢？有人遇到过类似的问题吗？

- Aseider

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我在我的回答中添加了一个简单的着色器示例，作为解决此问题的Edit1。 - Spektre

Answer 1

问题在于您存储的是非线性值，这些值会被截断，因此当您稍后查看深度值时，结果会变得不流畅，因为与znear平面越远，您失去了更多的精度。除非：

1. 减少精度损失
   您可以更改znear，zfar值使它们更加接近。尽可能扩大znear，这样更精确的区域就可以覆盖您的场景。
   另一个选项是使用更多位的深度缓冲区（16位太低）。我不确定OpenGL ES是否支持此操作，但在标准OpenGL中，您可以在大多数显卡上使用24、32位。
2. 使用线性深度缓冲区
   将线性值存储到深度缓冲区中。有两种方式。一种是在所有底层操作之后计算深度，以获得线性值。
   另一个选项是使用单独的纹理/FBO，并直接将线性深度存储到其中。问题是您无法在同一渲染过程中使用其内容。

[编辑1] 线性深度缓冲区
要使深度缓冲区本身变为线性（而不仅仅是从中读取的值），请尝试以下方法：
Vertex：

varying float depth;
void main()
    {
    vec4 p=ftransform();
    depth=p.z;
    gl_Position=p;
    gl_FrontColor = gl_Color;
    }

片段：

uniform float znear,zfar;
varying float depth; // original z in camera space instead of gl_FragCoord.z because is already truncated
void main(void)
    {
    float z=(depth-znear)/(zfar-znear);
    gl_FragDepth=z;
    gl_FragColor=gl_Color;
    }

在CPU端将非线性深度缓冲线性化（按照您的方式）： 在GPU端使用线性深度缓冲（按照您应该的方式）： 场景参数为：

// 24 bits per Depth value
const double zang =   60.0;
const double znear=    0.01;
const double zfar =20000.0;

涵盖整个深度视野的简单旋转板。 Booth图像由glReadPixels(0,0,scr.xs,scr.ys,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_FLOAT,zed);拍摄，并在CPU端转换为2D RGB纹理。然后，在单位矩阵下呈现为覆盖整个屏幕的单个QUAD ...

现在，要从线性深度缓冲区获取原始深度值，只需执行此操作：

z = znear + (zfar-znear)*depth_value;

为了简单起见，我使用了古老的东西，所以请将其移植到您的个人资料中...

请注意，我不会编写OpenGL ES或IOS代码，因此希望我没有漏掉与此相关的内容（我习惯于Win和PC）。

为了展示差异，我在同一场景中添加了另一个旋转的平板（它们相交），并使用彩色输出（不再获取深度）：

正如您所看到的，线性深度缓冲区要好得多（对于覆盖深度FOV较大的场景）。

- Spektre