一段计算场景深度与当前透明几何像素的线性深度差的代码及其解释

请尊重原作者的工作，转载时请务必注明转载自：www.xionggf.com

// 计算场景深度与当前透明几何像素的线性深度差
// 参数：
//   depth - 包含场景深度信息的结构体（包含原始深度和线性眼空间深度）
//   positionCS - 当前像素在裁剪空间中的位置坐标（SV_Position）
float SurfaceDepth(SceneDepth depth, float4 positionCS)
{
    // ===================== 场景深度计算 =====================
    // 根据投影模式选择计算方式：
    // unity_OrthoParams.w: 0=透视投影 | 1=正交投影
    const float sceneDepth = (unity_OrthoParams.w == 0) 
        ? depth.eye  // 透视模式：直接使用预计算的线性眼空间深度
        : LinearDepthToEyeDepth(depth.raw); // 正交模式：将原始深度转换到眼空间
    
    // ================= 当前像素深度计算 ====================
    const float clipSpaceDepth = (unity_OrthoParams.w == 0)
        ? LinearEyeDepth(positionCS.z, _ZBufferParams) // 透视模式：裁剪空间z转线性眼深度
        : LinearDepthToEyeDepth(positionCS.z / positionCS.w); // 正交模式：NDC z转眼空间深度
    
    // ================ 深度差异计算结果 =====================
    return sceneDepth - clipSpaceDepth; // 返回场景深度与当前像素深度的差值
}

首先，函数内部有两个const float变量，sceneDepth和clipSpaceDepth，然后返回它们的差值。我需要理解这两个变量是如何计算的，特别是条件判断部分unity_OrthoParams.w是否等于0，这可能涉及到正交投影和透视投影的不同处理。

先看sceneDepth的计算：如果unity_OrthoParams.w为0，就使用depth.eye，否则调用LinearDepthToEyeDepth函数处理depth.raw。这可能意味着在透视投影下使用线性眼空间深度，而在正交投影下需要转换原始深度值到眼空间深度。

接下来是clipSpaceDepth的计算：同样判断unity_OrthoParams.w是否为0，如果是的话，调用LinearEyeDepth函数处理positionCS.z，否则还是用LinearDepthToEyeDepth处理positionCS.z除以positionCS.w的结果。这里可能涉及到将裁剪空间深度转换为眼空间深度，但正交和透视的情况处理不同。

我需要回忆一下Unity中的深度处理。在Unity中，深度缓冲的存储方式可能因平台而异，比如Reversed-Z在DirectX等平台使用，而OpenGL则不同。另外，眼空间深度（eye depth）通常指的是从相机到某点的距离，而裁剪空间的位置z分量可能需要转换才能得到正确的深度值。

unity_OrthoParams是一个Unity内置变量，其中w分量用来判断当前是否是正交投影，当w为1时表示正交投影，0则是透视投影。所以这里的条件判断是根据投影模式来选择不同的深度处理方式。

对于sceneDepth的计算，当是透视投影时，直接使用depth.eye，这应该是已经存储在SceneDepth结构中的线性眼深度。而在正交投影下，需要将depth.raw（可能是原始的深度缓冲值）通过LinearDepthToEyeDepth转换为眼空间深度。这里的LinearDepthToEyeDepth函数可能是将非线性深度转换为线性眼深度，或者根据正交投影的特性进行调整。

在clipSpaceDepth的计算中，透视投影下使用LinearEyeDepth(positionCS.z, _ZBufferParams)，这应该将裁剪空间的z值转换为线性眼深度。对于正交投影，则将positionCS.z除以positionCS.w（可能是归一化裁剪空间坐标的z值），然后同样用LinearDepthToEyeDepth处理。这里的分母positionCS.w可能是为了处理齐次坐标，因为在正交投影中，w分量为1，而在透视投影中，w是视角空间的z值，所以可能需要除以w来得到正确的NDC坐标。

最后返回sceneDepth减去clipSpaceDepth的差值，这应该表示当前透明像素与场景中不透明物体的深度差，可能用于后续的深度测试或效果处理，比如水面效果中的深度比较。

现在需要验证这些理解是否正确。例如，在透视投影下，sceneDepth直接取depth.eye，而clipSpaceDepth通过LinearEyeDepth转换positionCS.z。这可能是正确的，因为LinearEyeDepth函数通常用于将裁剪空间深度转换为眼空间线性深度，而透视投影和正交投影的处理方式不同，因为它们的投影矩阵不同。

此外，需要注意在正交投影中，眼空间深度可能与裁剪空间深度有不同的转换方式，所以需要调用LinearDepthToEyeDepth来处理。可能LinearDepthToEyeDepth是针对正交投影设计的转换函数，而LinearEyeDepth是针对透视投影的。

总结一下，这段代码的目的是根据当前的投影模式（正交或透视），正确计算出场景深度和当前像素的裁剪空间深度的差值。这可能在渲染透明物体时，用于确定它们与背景的深度关系，从而进行正确的混合或其他效果处理。

接下来需要将这些分析转化为详细的注释，解释每个步骤的作用，特别是条件判断和不同投影模式下的处理方式，以及涉及的函数和参数的意义。

深度计算逻辑详解

场景深度 (sceneDepth) 计算分支

当前像素深度 (clipSpaceDepth) 计算分支

关键参数解析

1. unity_OrthoParams.w
   Unity内置变量，表示当前投影模式：

   • 0: 透视投影模式
   • 1: 正交投影模式

2. _ZBufferParams
   Unity提供的深度缓冲参数，用于处理不同平台的深度范围差异，计算公式为：

   \text{LinearDepth} = \frac{1.0}{(\text{rawDepth} \times \_ZBufferParams.x + \_ZBufferParams.y)}
   

3. LinearEyeDepth vs LinearDepthToEyeDepth

   • LinearEyeDepth(): 专用于透视投影的深度转换，处理非线性深度缓冲的线性化
   • LinearDepthToEyeDepth(): 正交投影专用，直接将NDC Z转换为眼空间线性深度

数学原理图解

透视投影模式

Eye Space        → Clip Space          → Depth Buffer
线性深度[depth.eye] → 非线性Z(positionCS.z) → 通过_ZBufferParams重建

正交投影模式

NDC Space        → Eye Space
positionCS.z/w → LinearDepthToEyeDepth()

典型应用场景

1. 透明物体渲染
   通过比较场景深度与当前像素深度，实现：

   • 水面折射/反射的深度消隐
   • 玻璃材质的厚度模拟

2. 边缘检测
   在描边效果中识别深度突变区域

3. 体积效果
   计算烟雾/光晕等效果的深度衰减

4. 软粒子
   实现粒子与场景几何体的柔和混合

平台差异处理

代码中隐含的跨平台特性：

1. 自动处理Reversed-Z
   通过_ZBufferParams自动适配不同平台的深度范围
2. NDC空间归一化
   正交投影中positionCS.z/positionCS.w确保正确的[-1,1]范围转换

该代码段展示了Unity Shader中处理多投影模式深度计算的经典范式，通过条件分支和专用函数实现了跨平台的深度系统兼容性。