(gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w)代表什么？

Question

我希望获得实际的世界空间距离，我的实验感觉是：

(gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w)

这是世界空间中的深度？但我不太确定。

编辑 我刚刚在找到了我最初找到这段代码的地方。显然这是从相机到某个物体的实际深度？

- Engineer

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我不确定你的问题具体是什么。你是在问 gl_FragCoord.z 的值是多少吗？还是在问 gl_FragDepth 的值应该是多少？或者只是想知道如何获取世界空间深度？后者需要解释一下你所说的世界空间深度是什么，因为“深度”通常被定义为到相机的平面距离。 - Nicol Bolas

如问题所述，我想要相机（或其近裁剪面，如果更合适）在世界空间单位中的实际距离。 - Engineer

Answer 1

这是同一个人提出的问题，并且在其他地方得到了回答。我在这里进行了改述和补充：

如OpenGL 4.3核心规范书（PDF）第15.2.2节所述，gl_FragCoord.w为1/clip.w，其中clip.w是裁剪空间位置的W分量（即您写入gl_Position的内容）。 gl_FragCoord.z由以下过程生成，假设使用通常的变换：

1. 在顶点着色器中，通过投影矩阵乘法进行相机空间到剪裁空间的转换。 clip.z = (projectionMatrix * cameraPosition).z
2. 转换为标准化设备坐标。 ndc.z = clip.z / clip.w
3. 使用 glDepthRange 近/远值 转换为窗口坐标。 win.z = ((dfar-dnear)/2) * ndc.z + (dfar+dnear)/2。

现在，使用默认的深度范围 near=0, far=1，我们可以用剪裁空间来定义 win.z： (clip.z/clip.w)/2 + 0.5。如果我们将其除以 gl_FragCoord.w，那么就相当于乘以 clip.w，从而得到：

(gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w) = clip.z/2 + clip.w/2 = (clip.z + clip.w) / 2

使用标准投影矩阵，clip.z代表相机空间Z分量的比例和偏移量。比例和偏移量由相机的近/远深度值定义。clip.w在标准投影矩阵中再次表示相机空间Z的取反。因此，我们可以用这些术语重新定义我们的方程式：

(gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w) = (A * cam.z + B -cam.z)/2 = (C * cam.z + D)

其中A和B表示基于近/远的偏移量和比例，C = (A - 1) / 2和D = B / 2。

因此，gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w不是相机空间（或世界空间）到相机的距离。它也不是相机空间到相机的平面距离。但它是相机空间深度的线性变换。如果它们来自同一投影矩阵等，您可以将其用作比较两个深度值的方法。

实际上计算相机空间中的Z值，你需要从矩阵中传递相机的近/远距离 (OpenGL 已经给出了近/远范围) 并从中计算出 A 和 B 值，或者你需要使用投影矩阵的逆矩阵。另外，你也可以直接使用投影矩阵本身，因为片元着色器可以使用顶点着色器可用的相同 uniform 变量。你可以直接从该矩阵中选择 A 和 B 项。 A = projectionMatrix [2] [2]，B = projectionMatrix [3] [2]。

- Nicol Bolas

Answer 2

根据文档，以下是相关的IT技术内容：

Available only in the fragment language, gl_FragDepth is an output variable that
is used to establish the depth value for the current fragment. If depth buffering
is enabled and no shader writes to gl_FragDepth, then the fixed function value
for depth will be used (this value is contained in the z component of
gl_FragCoord) otherwise, the value written to gl_FragDepth is used.

因此，除非在您的着色器中设置了其他值，否则gl_FragDepth应该只是gl_FragCoord.z。

- Xymostech

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不是这样的。这就是我最初想的。我只是用gl_FragDepth替换了我的方程中的gl_FragCoord.z（用于生成线性雾）来检查你的答案，结果整个场景无论距离远近都变成了黑色。而当我保留原始的gl_FragCoord.z时，我可以在一定距离后看到雾。 - Engineer

@NickWiggill：你不能质疑OpenGL规范。如果你的代码产生了那个结果，那么要么是你的代码有bug，要么是实现中存在bug。这就是规范中写的，因此OpenGL的行为就是如此。 - Nicol Bolas

@NickWiggill: 我不理解它背后的数学原理？ 我不理解它背后的数学原理？ 我不需要去反驳无意义的东西；规范就是规范，那个页面是错误的。 - Nicol Bolas

@NickWiggill说：“是的，那些宣传虚假信息，并对真实事实进行贬低的人会让我感到恼火。” - Nicol Bolas

您正在混淆输入变量和输出值。'gl_FragCoord.z'对您来说是可用的输入。但对于'gl_FragDepth'并非如此，它是一个输出值，必须由您填写。如果您不填写它，则规范说明它将自动填充为'gl_FragCoord.z'。您不应将'gl_FragDepth'用作输入。 - João Monteiro

Answer 3

作为

gl_FragCoord.w = 1.0 / gl_Position.w

根据你的说法（可能），你的投影矩阵从-z中获取w（如果最后一列是0,0,-1,0）；

float distanceToCamera = 1.0 / gl_FragCoord.w;

- Marcus O Platts