Unity中使用深度和法线纹理

1、开启深度和法线纹理

通过设置Camera中的depthTextureMode变量。

camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.None;				//不生成深度纹理
camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth;				//生成深度纹理
camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.DepthNormals;		//生成深度法线纹理
camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.MotionVectors;		//指定是否应渲染运动矢量

//可通过或指令同时指定生成多个纹理
camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.Depth | DepthTextureMode.DepthNormals;

2、访问深度和法线纹理

在shader中，使用变量名_CameraDepthTexture和_CameraDepthNormalsTexture访问对应纹理。

sampler2D _CameraDepthTexture;			//深度纹理，深度值存储在r通道，范围[0,1]。通过MVP矩阵变化后的z值得到
sampler2D _CameraDepthNormalsTexture;	//深度法线纹理

深度纹理的线性化

对于透视投影，存储的深度值是非线性的，要得到线性的深度值，需要进行转化，可通过LinearEyeDepth和Linear01Depth完成这个过程

float depth = tex2D(_CameraDepthTexture, uv).r;			//获取到存储的深度值
float depth_view = LinearEyeDepth(depth);				//获取视角空间下的深度值，范围在近平面和远平面之间，[z_near, z_far]
float depth_01 = Linear01Depth(depth);					//获取[0,1]范围内线性分布的深度值， 0处于摄像机位置，1处于远平面位置

深度法线纹理的使用

深度法线纹理是32bit编码(每个通道8bit)，法线信息存储在R和G通道，深度信息存储在B和A通道。深度值是16bit的数据，分别存储在两个8bit通道内。
因此，要使用深度法线纹理，在采样后需要对其解码才能使用。可使用UnityCG.cginc中的DecodeDepthNormal进行解码。

inline void DecodeDepthNormal( float4 enc, out float depth, out float3 normal )
{
    
    depth = DecodeFloatRG (enc.zw);
    normal = DecodeViewNormalStereo (enc);
}

float4 samplerValue = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv);
float depth;		//depth的最终结果为[0,1]范围的线性分布
float3 normal;		//normal为屏幕空间下的法线方向
DecodeDepthNormal(samplerValue, depth, normal);	

3、显示深度值和法线值

深度纹理显示：

float4 samplerValue = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv);
float depth;		//depth的最终结果为[0,1]范围的线性分布
float3 normal;		//normal为屏幕空间下的法线方向
DecodeDepthNormal(samplerValue, depth, normal);	

return fixed4(depth, depth, depth,1);

法线纹理显示：

float4 samplerValue = tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv);
float depth;		//depth的最终结果为[0,1]范围的线性分布
float3 normal;		//normal为屏幕空间下的法线方向
DecodeDepthNormal(samplerValue, depth, normal);	

return fixed4(normal*0.5+0.5,1);

4、参考资料

[1] 冯乐乐 《Unity Shader入门精要》页269-272
[2] Unity手册 https://docs.unity3d.com/2020.2/Documentation/Manual/SL-CameraDepthTexture.html