未限制范围的 OpenGL 深度测试

Question

我正在使用带有顶点和片段着色器的 OpenGL 管道，因此需要启用早期片段测试。

因此，深度测试始终使用顶点着色器输出

gl_Position.z

完成，其（在透视划分之后）需要介于 -1 和 +1 之间。因此，顶点着色器需要将顶点的 Z 值从其全部可能范围标准化为

[-1, +1]

。但在这种情况下，事先并不知道顶点的全部范围。

有没有办法让 OpenGL 接受任何深度测试值，而不需要固定到

[-1, +1]

？深度纹理/渲染缓冲区具有

GL_FLOAT

 格式，因此它应该能够处理任何浮点值。

我已经尝试过

glEnable(GL_DEPTH_CLAMP)

，但这只允许将超出此范围的值转发到片段着色器（转换为窗口空间），但仍然不对此类值进行深度测试。

似乎有一个带有新深度缓冲区格式的扩展“GL_NV_depth_buffer_float”

DEPTH_COMPONENT32F_NV

可以禁用此钳位，但我还没有让它工作，而且它仅适用于 NVidia。

我还尝试用片段着色器中的自定义实现替换深度测试，该实现在图像上执行

imageAtomicMax()

（将

float

深度值转换为

uint

值，以便它们具有相同的顺序），但是避免竞争条件似乎是不可能的。片段着色器需要将输出写入多个帧缓冲区颜色附件，具体取决于深度测试结果。

另一种方法似乎是在顶点着色器中使用诸如

atan()

之类的函数（将

[-inf, +inf]

映射到

[-1, +1]

，但这可能会减慢速度，并且实际的Z值最终可能会彼此非常接近）浮点精度已经无法区分它们了。

Answer 1

你想要的可以通过“Reverse-Z”技术来完成。

由于相机平面的奇点，近平面裁剪是必要的。需要裁剪几何体，以便我们看不到相机后面的内容。

远平面裁剪实际上可以通过将其设置为无穷大来回避。通常，由于精度损失，定点深度缓冲区无法完成此操作。然而，使用浮点深度缓冲区，可以按如下方式实现。

使用以下命令将剪切平面设置为 0 和 1（而不是 -1 和 1）：

glClipControl(GL_LOWER_LEFT, GL_ZERO_TO_ONE);

反转深度测试：

glDepthFunc(GL_GREATER); // default is GL_LESS
glClearDepth(0); // default is 1

并调整投影矩阵，使无穷远处的远平面投影为 0，近平面投影为 1：

A  0  0  0
0  B  0  0
0  0  0  n
0  0  -1 0

这里

A

和

B

决定了你的视野，

n

是近平面的位置。该技术为您在整个半无限范围内提供统一的相对精度。您可以将近平面任意设置为接近，但会牺牲尾数的远端。

来源：

• 剖析投影矩阵
• OpenGL 中的反向 Z