来自对数深度缓冲区的世界空间位置

Question

在将我当前的延迟渲染器更改为使用logarithmic depth buffer 后，我终其一生都无法解决如何从深度缓冲区值重建世界空间深度。

当我编写了 OpenGL 默认 z/w 深度时，我可以通过从窗口空间转换到 NDC 空间来轻松计算该值，然后执行逆透视变换。

我在第二遍片段着色器中完成了这一切：

uniform sampler2D depth_tex;

uniform mat4 inv_view_proj_mat;

in vec2 uv_f;

vec3 reconstruct_pos(){
    float z = texture(depth_tex, uv_f).r;
    vec4 pos = vec4(uv_f, z, 1.0) * 2.0 - 1.0;
    pos = inv_view_proj_mat * pos;

    return pos.xyz / pos.w;
}

得到了一个看起来非常正确的结果：

但现在通往简单的z 值的道路并不那么容易（似乎也不应该那么难）。

我第一次使用日志深度的顶点着色器：

#version 330 core
#extension GL_ARB_shading_language_420pack : require

layout(location = 0) in vec3 pos;
layout(location = 1) in vec2 uv;

uniform mat4 mvp_mat;

uniform float FC;

out vec2 uv_f;
out float logz_f;
out float FC_2_f;

void main(){
    gl_Position = mvp_mat * vec4(pos, 1.0);

    logz_f = 1.0 + gl_Position.w;

    gl_Position.z = (log2(max(1e-6, logz_f)) * FC - 1.0) * gl_Position.w;

    FC_2_f = FC * 0.5;
}

还有我的片段着色器：

#version 330 core
#extension GL_ARB_shading_language_420pack : require

// other uniforms and output variables

in vec2 uv_f;
in float FC_2_f;

void main(){
    gl_FragDepth = log2(logz_f) * FC_2_f;
}

我尝试了几种不同的方法来正确恢复 z 位置，但都失败了。

如果我在第二遍中将我的reconstruct_pos 重新定义为：

vec3 reconstruct_pos(){
    vec4 pos = vec4(uv_f, get_depth(), 1.0) * 2.0 - 1.0;
    pos = inv_view_proj_mat * pos;

    return pos.xyz / pos.w;
}

这是我目前重建 Z 的尝试：

uniform float FC;

float get_depth(){
    float log2logz_FC_2 = texture(depth_tex, uv_f).r;
    float logz = pow(2, log2logz_FC_2 / (FC * 0.5));
    float pos_z = log2(max(1e-6, logz)) * FC - 1.0; // pos.z
    return pos_z;
}

解释：

log2logz_FC_2：写入深度缓冲区的值，所以log2(1.0 + gl_Position.w) * (FC / 2)

logz: 简单的1.0 + gl_Position.w

pos_z：透视分配前gl_Position.z的值

返回值：gl_Position.z

当然，这只是我的工作。我不确定这些值最终实际上是什么，因为我认为我搞砸了一些数学或者没有正确理解正在进行的转换。

从这个对数深度缓冲区获取我的世界空间 Z 位置的正确方法是什么？

Answer 1

最后我做错了。使用日志缓冲区获取世界空间位置的方法是：

1. 从纹理中检索深度
2. 重建 gl_Position.w
3. 线性化重构深度
4. 转换到世界空间

这是我在 glsl 中的实现：

in vec2 uv_f;

uniform float nearz;
uniform float farz;

uniform mat4 inv_view_proj_mat;

float linearize_depth(in float depth){
    float a = farz / (farz - nearz);
    float b = farz * nearz / (nearz - farz);
    return a + b / depth;
}

float reconstruct_depth(){
    float depth = texture(depth_tex, uv_f).r;
    return pow(2.0, depth * log2(farz + 1.0)) - 1.0;
}

vec3 reconstruct_world_pos(){
    vec4 wpos =
        inv_view_proj_mat *
        (vec4(uv_f, linearize_depth(reconstruct_depth()), 1.0) * 2.0 - 1.0);

    return wpos.xyz / wpos.w;
}

这给了我与使用默认 OpenGL 深度缓冲区时相同的结果（但精度更高）。