OpenGL 深度缓冲区的范围很短

Question

和"OpenGL Depth Buffer has short range"我不是说远平面太近了，是深度缓冲作为贴图的问题。如果我查看缓冲区，它只会显示非常接近的对象。不知道怎么解释比较好，看图就好了。

在右上角可以看到深度缓冲。图片可以在这里找到：http://imgur.com/a/wL87b

如您所见，我必须靠得很近才能看到深度缓冲区中的一些黑暗。

下面是为 FBO 创建深度缓冲区的代码：

对于深度纹理：

depthTexture = GL11.glGenTextures();
GL11.glBindTexture(GL11.GL_TEXTURE_2D, depthTexture);
GL11.glTexImage2D(GL11.GL_TEXTURE_2D, 0, GL14.GL_DEPTH_COMPONENT24, width, height, 0, GL11.GL_DEPTH_COMPONENT, GL11.GL_FLOAT, (ByteBuffer) null);
GL11.glTexParameteri(GL11.GL_TEXTURE_2D, GL11.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL11.GL_LINEAR);
GL11.glTexParameteri(GL11.GL_TEXTURE_2D, GL11.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL11.GL_LINEAR);
GL30.glFramebufferTexture2D(GL30.GL_FRAMEBUFFER, GL30.GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL11.GL_TEXTURE_2D, depthTexture, 0);

对于深度缓冲区：

depthBuffer = GL30.glGenRenderbuffers();
GL30.glBindRenderbuffer(GL30.GL_RENDERBUFFER, depthBuffer);
GL30.glRenderbufferStorageMultisample(GL30.GL_RENDERBUFFER, multisampleing, GL14.GL_DEPTH_COMPONENT24, width, height);
GL30.glFramebufferRenderbuffer(GL30.GL_FRAMEBUFFER, GL30.GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL30.GL_RENDERBUFFER, depthBuffer);

您可以忽略 GLXX。在 OpenGL 方法的开头。

如果您需要更多代码，请告诉我。

Answer 1

As you can see I have to get very close to see some darkness in the depth buffer.

这就是双曲线深度缓冲区的工作原理。

让我们看一下投影矩阵（我使用的是经典的 OpenGL 约定，其中相机沿 -z 观察眼睛 space，投影矩阵从右手翻转到左手 space):

.    0       .             0
0    .       .             0
0    0  -(f+n)/(f-n)  -2*f*n/(f-n)
0    0      -1             0

（. 只是一些我们在这里不需要关心的数字）。

当你将该矩阵与一些眼睛 space 向量 (x_eye, y_eye, z_eye, 1) 相乘时，你最终会得到

x_clip = ...
y_clip = ....
z_clip =  [-(f+n)/(f-n) ] *z_eye + [-2*f*n/(f-n)] * 1
w_clip = -z_eye

透视除以 w_clip 后，我们最终得到标准化设备坐标 (ndc) 中的 z 值：

z_ndc = z_clip / w_clip = (f+n)/(f-n) + 2*f*n/[(f-n)*z_eye]

最后，应用 glDepthRange 达到 window space z。默认值是从 [-1,1] 到 [0,1]，所以让我们在这里这样做：

z_win = 0.5 * z_ndc + 0.5 = 0.5*(f+n)/(f-n)  + f*n/[(f-n)*z_eye] + 0.5

这显然是 z_eye 的函数，也是 f 和 n 的函数。假设您使用的是距离为 1 的近平面和距离为 1001 的远平面，因此计算结果为：

z_win(z_eye) = 1002/2000 + 1001/(1000 *z_eye) + 0.5 = 1001/1000 + 1001/(1000 * z_eye)

那么，让我们检查一下到目前为止我们得到了什么：

z_win(-1) = 0.  a point on the near plane ends up as 0 in the depth buffer
z_win(-1001) = 1.  a point on the far plane ends up as 1 in the depth buffer

这不应该让我们感到惊讶，因为这是每个构造。但是中间的点会发生什么：

z_win(-50)  = 1001/1000 - 1001/50000  = 0.98098
z_win(-100) = 1001/1000 - 1001/100000 = 0.99099
z_win(-250) = 1001/1000 - 1001/250000 = 0.996996
z_win(-500) = 1001/1000 - 1001/500000 = 0.998998
z_win(-750) = 1001/1000 - 1001/750000 = 0.999665333

因此，如您所见，任何在眼睛 space 中距离超过 100 个单位的物体最终都会有一个 > 0.99 的深度缓冲值。

换句话说，我们可以只计算一个点的眼睛 space z，它将在深度缓冲区中获得 0.5：

z_eye(z_win) = 1001/(1000*z_win -1001)
z_eye(0.5) = -1.99800399

对，没错，1到1001个单位远的截头体，只有摄像头前面1到2个单位的范围会映射到深度缓冲范围的前半部分，998个单位之后塞进下半场

因此，如果您尝试将深度缓冲区可视化为颜色，除了最接近的部分，您什么也看不到。使用 8 位颜色，高于 254/255 = .996 的所有内容都将完全饱和（在我的示例中约为 200 个单位），甚至低于该值，差异将非常小，几乎看不到。

如果你只想可视化深度缓冲区，你应该反转双曲线失真，并可视化线性（=eye space）深度。

OpenGL 深度缓冲区的范围很短

OpenGL Depth Buffer has short range

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