Vulkan 深度缓冲位置重构

Question

我正在重建模板光着色器的位置。这意味着我有光的球面近似顶点，从中我可以获得世界 space 视图向量 (vertexPos - cameraPos)。代码如下所示：

vec3 construct_pos_ws(float depthBufferZ)
{
    vec3 viewRay = normalize(gInVert.vRayWs);
    float viewZDist = dot(gInFrame.eyeZAxis, viewRay);
    vec3 relPoint = viewRay * linearDepth(depthBufferZ) / viewZDist;
    return gInFrame.eye + relPoint;
}

vRayWs : world space view ray (在vertexshader中插值vertexPos - cameraPos) eyeZAxis : world space 眼睛的 z 轴（相机方向）
viewZDist ：深度缓冲区保持与相机表面平行的距离，但我们需要一个距离，这说明了我们观察物体的角度。

问题出在我使用的线性化函数上，基于 wikipedia: z-buffering：（我省略了 S = 2^d-1，这部分似乎不适用）。

float linearDepth(float z_b) {
    float f = z_far;
    float n = z_near;
    return (-f * n / (z_b (f - n) - f));
}

这行不通，但使用 float n = z_near * 2 却给出了（看似）正确的结果（我只是随机尝试了一下，因为之前的答案看起来很接近正确）。

我也尝试过其他线性化，使用维基百科页面上所有树变体的逆（下面的 3），但 none 有效。

真题： 那么发生了什么？为什么乘以 2 似乎给出了正确答案？ vulkan 使用什么公式写入深度缓冲区，因为它似乎没有使用维基百科上的任何公式？

最后，为了完整起见，投影矩阵的构造是这样的：

float yScale = 1.0f / tan(fov / 2.0f);
float xScale = yScale / aspect;
float nearmfar = z_near - z_far;
Matrix m = {
    xScale, 0, 0, 0,
    0, yScale, 0, 0,
    0, 0, (z_far + z_near) / nearmfar, -1,
    0, 0, 2 * z_far * z_near / nearmfar, 0
};

此外，我怎么知道它是正确的：

使用更改和渲染 "position mod 1" 给出第一张图片（移动相机时稳定），而原始函数给出第二张图片（移动相机时非常不稳定）。

Answer 1

Vulkan 使用 [0, 1] 的深度范围（实际上还翻转了 Y 轴），而不是 OpenGL 的 [-1, 1]。您有两种选择来获得类似 OpenGL 的行为：

修复着色器中的 NDC Z 以符合 OpenGL 方式，就像您目前所做的那样乘以二
或者用矩阵预乘你的投影矩阵 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0.0 1.0

看看 https://matthewwellings.com/blog/the-new-vulkan-coordinate-system/ for more details. The Vulkan specification (https://www.khronos.org/registry/vulkan/specs/1.0-wsi_extensions/html/vkspec.html#vertexpostproc-clipping) 也有更多细节，虽然没有说清楚。

Vulkan 深度缓冲位置重构

Vulkan depth buffer position reconstruction

graphics

shader

rendering

vulkan