二、深度测试（Z Test）

1.是什么

①从渲染管线出发

②书面上理解

所谓深度测试，就是针对当前对象在屏幕上（更准确的说是frame buffer）对应的像素点，讲对象自身的深度值与当前该像素点缓存的深度值进行比较，如果通过了，本对象再改像素点才会将颜色写入颜色缓冲区，否则不会写入颜色缓冲区

③逻辑上理解

④从发展上理解

2.深度缓冲区（Z-Buffer）

深度缓冲就像颜色缓冲（储存所有的片段颜色：视觉输出）一样，在每个片段中储存了信息，并且（通常）和颜色缓冲有着一样的宽度和高度。深度缓冲是由窗口系统自动创建的，它会以16、24或者32位float的形式存储它的深度值。在大部分的系统中，深度缓冲的精度都是24位的。

Z-Buffer中存储的是当前的深度信息，对于每个像素存储一个深度值。

通过Z Write和Z Test来调用用Z-Buffer，实现想要的渲染结果。

3.Z Write 和 Z Test

深度写入如包括两种状态：ZWrite On与ZWrite Off

当我们开启深度写入的时候，物体被渲染时针对物体在屏幕（更准确的说是frame buffer）上每个像素的深度都写入到深度缓冲区；反之，如果是ZWrite Off，那么物体的深度就不会写入深度缓冲区。但是，物体是否会写入深度，除了ZWrite这个状态外，更重要的是是需要深度测试通过，也就是ZTest通过，如果ZTest都没通过，那么也就不会写入深度了

Z Test比较操作：

默认ZWrite On和ZTest Lequal，深度缓存一开始为无穷大。

Z Test分为通过和不通过两种情况，ZWrite分为开启和关闭两种情况的话，一共就是四种情况，具体见下图。

4.深度测试流程

5.渲染队列

Unity中的集中内置的渲染队列，按照渲染顺序，从先到后进行排序，队列越小的，越先渲染，队列数越大的，越后渲染。

Unity中设置渲染队列：Tags{"Queue"="Transparent"}，默认是Geometry。

• • 不透明物体的渲染顺序：从前往后
  • 透明物体的渲染顺序：从后往前
  • （更严谨说是不透明物体渲染：队列数值从小到大，透明物体渲染顺序：队列数值从大到小）

Unity中Inspector shader面板中查看队列：

6.简述Early-Z技术

传统渲染中，Z Test其实是在Blending阶段，这时候进行深度测试，所有对象的像素着色器都会计算一遍，没有什么性能提升，仅仅是为了得出正确的遮挡结果，会造成大量的无用计算，因为每个像素电商肯定重叠了很多计算。因此现代GPU中运用了Early-Z的技术，在Vertex阶段和Fragment阶段之间（光栅化之后，fragment之前）进行一次深度测试，如果深度测试失败，就不必进行fragment阶段的计算了，因此在性能上会有很大的提升。但是最终的Z Test仍然需要进行，以确保最终的遮挡关系结果正确。前面的一次主要是Z-Cull为了裁剪已达到优化的目的，后一次主要是Z-Check为了检查，如下图：

7.深度值

为什么深度缓冲区使用非线性深度？

参考链接深度测试 - LearnOpenGL-CN

8.深度测试总结

• 使用深度缓冲区最重要的两个值：当前深度换重置（Z BufferValue）和深度参考值（Reference Value），并通过比较操作获取立项渲染效果。
• Unity中的渲染顺序：西安许安然不透明物体，顺序是从前到后；在渲染透明物体，顺序是从后到前。
• 通过Z Write和Z Test组合使用控制半透明物体的渲染。
• 引入Early-Z技术后的深度测试相关的渲染流程。
• 深度缓冲区古中存储的深度值为0到1范围的浮点值，切为非线性。

9.深度测试扩展

• 基于深度的着色（湖水渲染）
• 阴影忒图（ShadowMap）
• 透明物体、粒子渲染
• 透视X-Ray效果
• 切边效果
• 等等

参考链接：

Unity Shader-渲染队列，ZTest，ZWrite，Early-Z

learnopengl 深度测试

unity-shader深度测试-透视xray

《Unity ShaderLab开发实战详解》

《Unity Shader 入门精要》

Toon Water Shader

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视频代码 Z-Test

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