深度缓冲与位置重建

把采样深度乘一个距离，屏幕效果可能贴不住物体，因为缓冲里保存的是投影比较值。先确认投影和深度区间，再还原视空间距离或位置。Reversed-Z改变映射、清除与比较规则；这些条件一致，远近精度和位置重建才可验证。

深度映射

透视投影通过齐次除法生成深度，常规深度缓冲因此通常与视空间轴向距离非线性对应。用它直接做世界距离会出错，需要通过投影参数重建。

深度精度受 Near Plane 影响很大。Near 设得过近，会浪费大量可用精度。

投影深度的推导

透视投影把视锥内的点压到标准立方体。屏幕位置由相似三角形直接给出，但两个视空间深度不同的点可能投影到同一屏幕位置，因此需要保留一个可比较的深度量。

为了让深度表达式与 $x'$ 、 $y'$ 形式一致、便于用齐次坐标和矩阵统一表示，深度取以 $z$ 为分母的线性分式：

z'=\frac{az+b}{z}

以 Direct3D 约定为例，近裁剪面 $z=N$ 映射到 0，远裁剪面 $z=F$ 映射到 1。代入两个边界条件解得：

a=\frac{F}{F-N},\qquad b=\frac{-FN}{F-N}

深度非线性来自 $z'=a+b/z$ 。对 $z$ 求导得到 $\lvert dz'/dz\rvert=\lvert b\rvert/z^2$ ：距离越远，同样的世界空间深度差对应的缓冲值差越小。固定精度缓冲因此更难区分远处表面。横向投影缩小和深度量化是两类问题，深度误差应由投影公式与存储格式计算。

OpenGL传统NDC深度区间为 $[-1,1]$ ；OpenGL 4.5的glClipControl可选择零到一区间。Direct3D使用 $[0,1]$ 。重建深度和写投影矩阵时必须确认当前 API 与引擎的约定。

Reversed-Z与浮点精度

浮点数在 0 附近的可表示值远比在 1 附近密集。常规映射把远处放在接近 1 的区间，恰好落在浮点精度最稀疏的地方，非线性压缩与浮点分布的稀疏区叠加，远处 Z-Fighting 因此格外严重。

Reversed-Z 把近平面映射到 1、远平面映射到 0。远处落进浮点密集区，能抵消大部分投影造成的精度衰减。以无限远投影 $d=N/z$ 为例，在浮点正规数区间，同一指数段内的深度相对量化误差近似恒定，因此恢复出的距离也有近似稳定的相对精度；绝对误差仍随距离增长。定点格式（如 D24）的刻度均匀，仅反转映射并不改善量化精度。

启用时必须同步四处：投影矩阵、深度 Clear Value（清成 0 而非 1）、深度比较函数（Less 改为 Greater）、以及所有手工重建深度的代码。只把采样结果做 1-z 是错误的。

缓解深度冲突

收窄 Near 与 Far 的比值。Near 的影响远大于 Far，把 Near 从 0.01 提到 0.1 的收益通常比压缩 Far 大得多；
避免共面或极近的几何，这是美术侧能解决的绝大部分情况；
使用 Polygon Offset / Depth Bias 给特定图元一个可控偏移；
启用 Reversed-Z 配合浮点深度。

深度缓冲与深度纹理

这是两个容易混淆的概念，服务于不同使用者。

深度附件是光栅化进行深度测试和写入的资源。应用或引擎负责创建、绑定、清除及同步；交换链之外的离屏目标也能有深度附件。光栅器默认提供插值后的投影深度，片元着色器还可通过深度输出覆盖候选值，这会影响提前测试条件。

深度纹理强调资源供着色器读取的用途。许多 API 允许同一深度资源创建采样视图，但需要支持的格式、创建标志、布局与访问状态。引擎也可能选择深度拷贝或独立预通道，尤其涉及 MSAA、相机堆栈和时机约束时。是否需要拷贝以目标管线实际路径为准。

对象是否出现在深度纹理中，要沿生成路径检查写入状态。若纹理来自主通道深度附件的拷贝或直接采样，关闭该通道的 Depth Write 就不会写入这个对象的深度。若深度纹理由独立预通道生成，则检查对象是否参加预通道，以及该通道的深度写入与裁剪状态；主颜色通道的状态不能代替这项判断。

生成深度纹理的常见路径：

独立深度通道：用深度着色器绘制所需对象；顶点位移和透明裁剪必须与主通道一致，代价按参与对象与实例批次数量计算；
深度拷贝或解析：从已渲染附件生成采样资源，可能使用复制命令，也可能使用全屏绘制或计算通道；MSAA还需定义多个深度样本的归约规则；
直接采样附件：GBuffer或主通道已写好所需深度，并且格式、访问状态与采样时机允许复用；使用前仍须建立正确同步。

Unity URP的路径还受相机设置、渲染器特性、平台和包版本影响。记录目标包版本后，在Frame Debugger中确认深度来自预通道、主通道复制还是其他路径；MSAA开关本身不足以唯一确定路径。

从深度重建位置

屏幕空间效果经常需要由深度反推世界位置。两条常用路径：

逆变换法：由屏幕 UV 与深度组装 NDC 坐标，乘以逆 View-Projection 矩阵，再做齐次除法。

\mathbf{p}_{world}=\frac{M_{VP}^{-1}\,\mathbf{p}_{ndc}}{w}

射线插值法：设视空间前方为正Z，当前像素射线写成 $\mathbf r=(r_x,r_y,1)$ ，轴向深度为 $z$ ，则 $\mathbf p=z\mathbf r$ 。射线应按Z分量归一化。若使用单位长度射线 $\hat{\mathbf r}$ ，则应乘 $z/\hat r_z$ ；直接乘z会把画面边缘的位置向相机拉近。角点射线与当前投影对应，正交投影另需逐像素起点。

两条路径的前提不同，必须逐项核对：NDC 的 Y 方向、深度区间是 $[0,1]$ 还是 $[-1,1]$ 、是否启用 Reversed-Z、UV 原点在左上还是左下。任何一项与平台约定不符，结果都会整体偏移或翻转。

由深度重建世界位置

输入是屏幕 UV 与深度纹理采样值，输出世界空间位置。以 Direct3D 风格的 $[0,1]$ 深度区间为例：

hlsl

float3 ReconstructWorldPos(float2 uv, float rawDepth)
{
    float2 ndcXY = uv * 2.0 - 1.0;
#if UNITY_UV_STARTS_AT_TOP
    ndcXY.y = -ndcXY.y;
#endif
    float4 ndc = float4(ndcXY, rawDepth, 1.0);
    float4 world = mul(_InvViewProjMatrix, ndc);
    return world.xyz / world.w;
}

rawDepth 必须是未经线性化的原始深度，与写入时的约定一致；若已调用过线性化函数，再走逆 VP 矩阵会得到错误结果。启用 Reversed-Z 时投影矩阵已包含反转，此处不需额外处理。

验证方法是把重建结果对 1 米取模输出为颜色，画面应出现贴合场景表面的规则网格。网格在斜面上扭曲说明透视除法有误；随相机移动而滑动说明用错了矩阵或深度约定。

对一个离轴点也可检查射线尺度。设正Z视空间位置为(3,0,4)，90°水平视场、宽高比1，NDC横坐标为3/4=0.75，左下UV为(0.875,0.5)。近面1、远面11时，设备深度为1.1−1.1/4=0.825。逆函数恢复z=4，Z归一化射线为(0.75,0,1)，乘4恰好得到原位置。

单位长度射线却是(0.6,0,0.8)，直接乘4得到(2.4,0,3.2)，位置整体缩短；改乘4/0.8=5才正确。这个误差在画面中心不明显，在边缘更大，正好解释屏幕效果中心贴合、两侧滑动的现象。

轴向深度的往返检查

沿前述正Z约定，原始深度 $d=a+b/z$ 的逆函数为 $z=b/(d-a)$ 。取近面0.1米、远面1000米，0.1米映射到0、1000米映射到1；1米约为0.90009。反向深度采用 $d_r=1-d$ ，逆变换先恢复 $d=1-d_r$ 。这是有限远平面模型，背景清除值与无穷远投影需要单独处理，避免除以零。

Depth Test 和 Depth Write

Depth Test 判断新样本能否通过。Depth Write 决定通过后是否更新深度。两者独立。

常见情况：

不透明物体：测试开，写入开；
半透明物体：测试开，写入通常关；
天空：常在背景深度位置绘制；
UI 或叠加效果：根据需求关闭测试或使用特殊比较。

验证方法

对近、中、远三个距离做投影与重建往返。
开关反向深度时同步检查清除值和比较函数。
将重建位置按世界距离画条纹，确认条纹贴合场景。

参考资料

Nathan Reed，Visualizing Depth Precision：2026-10-22核读Why 1/z与Graphing depth maps，支持投影映射、反向浮点分布及OpenGL深度区间说明；本文有限远平面往返由CPU模型复算。
Unity目标包的深度生成路径属于工程接入项，本文未把某个URP版本的拷贝条件作为通用结论。