OpenGL ES 上深度缓冲区的精度答案

【问题标题】：precision in Depth buffer on OpenGL ESOpenGL ES 上深度缓冲区的精度
【发布时间】：2014-04-18 15:36:57
【问题描述】：

我正在尝试从深度缓冲区（渲染为颜色纹理，然后使用 glReadPixels 读取）中获取正确的 Z 值，然后取消投影以获得真实的 3D 空间坐标。在 iPad Air 上它可以完美运行，但在 iPad 3 或 iPad 4 上却不行。

iPad 3/4 和 iPad Air 具有：
OpenGL ES 2.0 IMGSGX554-97.7 和 OpenGL ES 2.0 Apple A7 GPU - 27.23
GLSL 版本 OpenGL ES GLSL ES 1.00
OpenGL 深度位 24 - 在所有设备上

glDepthFunc(GL_LEQUAL);
glDepthRangef(0, 1.0);
glClearDepthf(1.0);

在片段着色器中：

precision highp float;  

// .... some code and variables  

const float maxnum = 256.0;

vec4 pack (float depth)
{

    const vec4 bitSh = vec4(maxnum * maxnum * maxnum,
                            maxnum * maxnum,
                            maxnum,
                            1.0);
    const vec4 bitMsk = vec4(0,
                             1.0 / maxnum,
                             1.0 / maxnum,
                             1.0 / maxnum);
    vec4 comp = fract(depth * bitSh);
    comp -= comp.xxyz * bitMsk;
    return comp;
}

void main()
{
   gl_FragColor = pack(gl_FragCoord.z);
}

在 iPad Air 上我们可以看到：

在 iPad 3/4 上：

【问题讨论】：

我知道 Apple A7 GPU 和之前的 PowerVR SGX GPU 之间的唯一精度差异是 lowp 和 mediump 在 A7（均为 16 位）上是相同的。旧型号有lowp = 12 位和mediump = 16 位。
@AndonM.Coleman 好的，如果它是正确的 - 那么我不能使用 gl_FragCoord.z，因为它不准确。我尝试使用顶点着色器中的坐标，但这并没有太大帮助。你会建议尝试什么？

标签： opengl-es precision framebuffer depth-buffer

【解决方案1】：

我遇到了 2 个问题：
1.nearZ和farZ之间距离大
2.我尝试使用精度较低的gl_FragCoord.z。它通过渲染到只有深度分量（没有颜色缓冲区！）的帧缓冲区来解决，然后在第二遍中将深度纹理的结果渲染到另一个帧缓冲区，该帧缓冲区具有与问题相同的pack 函数的颜色渲染缓冲区和着色器。

Answer is here on OpenGL.org FAQ

12.050 为什么我的深度缓冲精度这么差？

眼睛坐标中的深度缓冲区精度受 zFar 与 zNear 的比率、zFar 剪裁平面以及对象与 zNear 剪裁平面的距离的影响很大。

您需要尽一切可能将 zNear 剪裁平面推出并尽可能将 zFar 平面拉入。

12.070 为什么深度缓冲区前面的精度更高？

投影矩阵转换剪辑坐标后，XYZ 顶点值除以其剪辑坐标 W 值，得到归一化的设备坐标。此步骤称为透视划分。剪辑坐标 W 值表示与眼睛的距离。随着与眼睛的距离增加，1/W 接近 0。因此，X/W 和 Y/W 也接近于零，导致渲染的图元占用更少的屏幕空间，看起来更小。这就是计算机模拟透视图的方式。

实际上，朝向或远离眼睛的运动对已经在远处的物体的影响较小。例如，如果您将电脑屏幕移近 6 英寸，靠近您的脸前，它的外观尺寸应该会显着增加。另一方面，如果计算机屏幕已经离您 20 英尺，那么靠近 6 英寸对其外观尺寸几乎没有明显影响。视角划分考虑了这一点。

作为透视除法的一部分，Z 也除以 W，结果相同。对于已经靠近视图体后部的对象，一个坐标单位的距离变化对 Z/W 的影响要小于对象靠近视图体前部的情况。换句话说，一个对象坐标 Z 单元在靠近视图体积前部的 NDC 深度空间中占据比靠近视图体积后部的更大的切片。

总而言之，透视分割就其性质而言，导致靠近视图体积前部的 Z 精度高于靠近后部的 Z 精度。

12.080 标准大小的深度缓冲区不可能有足够的精度用于我的天文大场景。我有哪些选择？

典型的方法是使用多通道技术。应用程序可能会将几何数据库划分为在 Z 中不会相互干扰的区域。然后渲染每个区域中的几何，从最远的区域开始，在渲染每个区域之前清除深度缓冲区。这样，每个区域都可以使用整个深度缓冲区的精度。

【讨论】：

谢谢，这解决了我的 web-gl 问题。我使用 mat4.perspective 的值：near=0 和 far=100。它造成了奇怪的伪影。现在，值 0.01 和 0.4 一切正常。
@User1 很高兴能帮到你:)
@SAKrisT: 您能否为点#2 发布一些代码渲染到刚刚为深度组件附加纹理的帧缓冲区（没有颜色缓冲区！），然后将此深度纹理渲染到另一个带有附加颜色渲染缓冲区的帧缓冲区 ?
@deblocker 它是带有 2 个帧缓冲区的操作序列，很难在这里发布一些易于理解的内容。

【解决方案2】：

也许深度缓冲区中的值没问题，但在采样过程中是精度问题？

您是否检查过您在 GLSL 中对深度纹理采样器的声明，并确保它被声明为“highp”？

如果您要求的精度太低而无法满足您的需求（或者因为您没有设置它而被默认为 lowp），某些设备可能会为您提供比您要求的更多的信息，并掩盖遗漏。

【讨论】：