glReadPixels() 如何获取实际深度而不是标准化值？

Question

我正在使用 pyopengl 获取深度图。

我可以使用 glReadPixels() 获得归一化的深度图。如何将标准化值恢复为世界坐标中的实际深度？

我试过 glDepthRange()，但它总是执行一些规范化。我可以完全禁用标准化吗？

Answer 1

当您绘制几何图形时，您的顶点着色器应该通过 view/projection 矩阵。没有办法避免它，超出此范围的所有内容都会被剪裁（或夹紧，如果启用深度夹紧）。然后，将这些设备坐标转换为 window 坐标 - X 和 Y 坐标映射到 glViewport 指定的范围，Z 映射到 glDepthRange.

设置的范围

您不能禁用归一化，因为最终值需要在 0..1 范围内。但是您可以应用反向转换：首先，将您的深度值映射回 -1..1 范围（如果您没有使用 glDepthRange，您所要做的就是将它们乘以 2 再减去 1）。然后，您需要应用投影矩阵的逆矩阵——您可以通过计算它的逆矩阵来明确地做到这一点，或者通过查看透视矩阵的计算方式来避免矩阵运算。对于一个典型的矩阵，逆变换将是

zNorm = 2 * zBuffer - 1
zView = 2 * near * far / ((far - near) * zNorm - near - far)

（请注意，zView 将为负值，介于 -near 和 -far 之间，因为在 OpenGL 中，您的 Z 轴通常指向相机）。

尽管通常您不只需要深度 - 您需要完整的 3D 点，因此您不妨在标准化坐标中重建矢量，然后应用逆 projection/view 变换。

Answer 2

投影到视口后，场景坐标为归一化设备坐标（NDC）。归一化后的设备space是一个立方体，左下前坐标为(-1, -1, -1)，右上后后坐标为(1, 1, 1)。此立方体中的几何体在视口上为 "visible"（除非它被覆盖）。

归一化设备的Z坐标space，映射到深度范围(glDepthRange)，一般在[0, 1]。

如何将视图的 z 坐标 space 转换为归一化设备 Z 坐标并进一步转换为深度，取决于投影矩阵。
而在Orthographic Projection时，Z分量由线性函数计算，在Perspective Projection时，Z分量由有理函数计算。
参见 How to render depth linearly in modern OpenGL with gl_FragCoord.z in fragment shader?。

这意味着，要将深度缓冲区的深度转换为原始 Z 坐标、投影（正交或透视）以及近平面和远平面必须已知。

下面假设深度范围在[0, 1]，depth是这个范围内的值：

正射投影

n = near, f = far

z_eye = depth * (f-n) + n;

z_linear = z_eye

透视投影

n = near, f = far

z_ndc = 2 * depth - 1.0;
z_eye = 2 * n * f / (f + n - z_ndc * (f - n));

如果透视投影矩阵已知，可以按如下方式完成：

A = prj_mat[2][2]
B = prj_mat[3][2]
z_eye = B / (A + z_ndc)

请注意，在任何情况下，通过 逆投影矩阵 进行的变换都会将归一化的设备坐标变换为视图中的坐标 space。

glReadPixels() 如何获取实际深度而不是标准化值？

glReadPixels() how to get actual depth instead of normalized values?

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