什么是隐藏表面问题以及为什么 z 缓冲区精度甚至很重要？

Question

作为 OpenGL（和一般计算机图形学）的初学者，我对以下问题很好奇：

我知道什么是Z缓冲区，它是一个深度缓冲区，存储的值范围从0到1。但是为什么它的精度很重要？
什么是隐面问题？
使用线性Z缓冲区有什么问题？
为什么我们关心 Z 缓冲区精度？

Answer 1

Z 缓冲区精度

在 GL 中开发了深度缓冲区，因此精度在视觉上不会随着距离而降低...这意味着如果您渲染跨越 znear 和 zfar 平面的无限平面并使用存储的深度作为颜色，您会看到平面呈现为具有相同视觉宽度的平行条。像这样：

这在整个场景中提供了或多或少相同的视觉细节。但是，当您开始查看非线性的几何精度和数值统计时，您会发现 <0,1> 范围的大部分非常接近 znear.

一旦我们的计算机能够处理更大、更详细的场景，这种行为就开始成为一个问题，因为我们突然想在更远的地方看到细节，那里的深度值增量通常大于整个渲染对象本身。 ..

为了解决这个问题，我们可以使用（对于动态深度范围大或物体非常大的场景）。

让我们有 16 位深度缓冲区，这意味着 2^16 个值没有符号，因为我们有符号而不是 2^15 = 32768 可能的值。

现在对于线性深度，这意味着深度精度（最小 increment/change/delta）是
```
dz = (zfar-znear)/2^(bits-1)
```
例如让znear=0.1和zfar=1000然后：
```
dz = (1000-0.1)/32768 = 0.03
```
整个场景。现在，当我们回到非线性深度时，dz 在 znear 附近小得多，但在 zfar 附近大得多，将其用作细节标准是无用的。相反，最好遵守这个：
```
zfar/znear < 2^(bits-1)
```
隐藏表面移除

它是 Painters 算法的变通方法，在该算法中，离相机较远的对象会被距离较近的对象覆盖。图形中的画家算法称为Z-sorting，它需要按顺序渲染东西。深度缓冲是一种解决方法，您可以在其中存储已渲染内容的深度值，并且仅在您离相机更近时才渲染。这消除了按顺序渲染的需要，同时仍然获得相同的结果。

但是，如果部门精度太低，则渲染无法可靠地分辨出什么是壁橱，什么是看不到的：

左边精度好，右边差。如您所见，相同的几何图形在错误的深度精度下呈现不同。
线性深度问题

线性深度缓冲区不是 GL 原生的，因此您需要稍微解决 GL 实现。幸运的是，有了 GLSL，它现在非常简单且便宜，既没有精度损失也没有性能影响。有关详细信息，请参阅上面的 link。然而，具有线性深度意味着我们在整个场景中获得了相同的几何精度。因此，对于相同的细节，在接近 znear 个对象的情况下，我们需要更多的深度缓冲区位。这就是为什么线性深度缓冲区更适合具有高动态深度范围的场景，而非线性深度缓冲区表现不佳。因此，大物体的场景从 znear 到 zfar，如地形、大 space 船只、城镇等......
为什么要关心深度精度？

避免深度拟合/深度撕裂、错误的几何相交、错误的高级效果等渲染伪像...

您需要记住，深度缓冲区位宽非常有限。通常的值是 16/24/32，但仅适用于年龄 16/24，大多数硬件都可用。仅在最近几年，我们可以拥有 32 个，在某些卡上甚至可以拥有 64 个，但 IIRC 不再是本机深度缓冲区，需要额外的代码来启用它...

除了线性深度缓冲之外，还有其他方法可以实现场景的高动态深度范围参见：

什么是隐藏表面问题以及为什么 z 缓冲区精度甚至很重要？

What is hidden surface problem and why does z buffer precision even matter?

opengl

graphics

zbuffer