《Unity shader入门精要》复习＜第13章 关于NDC坐标和深度/法线纹理＞

NDC(Normalize Device Coordinates)归一化的设备坐标

NDC坐标是模型空间下的坐标通过MVP变换之后再进行归一化得到的归一化的设备坐标。只需要再一步变换就能得到屏幕空间坐标。顺便提一下因为已经归一化了，如果需要从NDC坐标乘以VP的逆矩阵还原成世界坐标，还原后w分量不一定为1，需要注意最后除w分量。

何为线性何为非线性

正交投影得到的深度是线性的，而透视投影得到深度是非线性的。
所谓线性，就是指变化曲线的一阶导数为常量，也就是说变化量是恒定的。既然变换是恒定的，即深度z的采样点在[-1,1]之间均匀分布。
正交投影的裁剪空间变换矩阵并没有变化w的值，而是对xyz进行等量缩放，变化之后z还是均匀变化的，所以为线性。
而透视投影经过裁剪空间变换矩阵后w的值等于-z的值，由于最终归一化z需要除w，所以是和1/z成变化关系，变化量必然不恒定，所以为非线性。

得到相机记录的深度/法线信息

深度纹理和NDC的深度的关系

我们可以调用camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;和
camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.DepthNormals;来得到深度纹理/深度和法线纹理，深度纹理记录的深度对应的是NDC坐标中的z分量。
因为深度纹理的分量取值范围为[0,1]，而NDC的分量的取值范围为[-1, 1],两者的关系为
d = Zndc * 0.5 + 0.5

如何得到线性深度

我们前面说到透视投影后得到的深度不是线性的，而Unity给我们提供了相关的api来解析深度为线性深度。

• LinearEyeDepth(float depth) ：还原成视角空间的深度。经过MV还未进行P变化时的空间 ，取值为[near, far]，near为近平面的深度，far为远平面的深度。
• Linear01Depth(float depth)：在上一个的基础除以相机远平面far从而缩放为[0, 1]之间。

这里贴一下入门精要里面还原成线性深度的过程

但是入门精要对于Projection变换矩阵并没有很详细的推理，需要知道矩阵怎么得到应该去看Game101

• 通过深度纹理获取深度

//在C#代码声明
camera = GetComponent<Camera>();
camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;//在shader中
//直接在Subshader里面声明
sampler2D _CameraDepthTexture;//获取
float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv);
//视角空间下的深度
LinearEyeDepth(Depth);
//返回范围在[0,1]的线性深度值，也就是上面那个除以Far，因为裁剪空间的Z轴取值为[Near, Far]
Linear01Depth(Depth);

• 深度和法线纹理获取线性深度和法线方向
  Unity提供了函数DecodeDepthNormal来帮助我们获取深度和法线，这个深度值是范围在［0, 1］的线性深度值（这与单独的深度纹理中存储的深度值不同〉，而得到的法线则是视角空间下的法线方向。

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

camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.DepthNormals;
//在Subshader中声明
sampler2D __CameraDepthNormalsTexture;//获取[0,1]范围内的线性深度
float depth = DecodeFloatRG(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv).zw);
//获取法线
fixed3 normal = DecodeViewNormalStereo(tex2D(_CameraDepthNormalsTexture, i.uv).xy);
return fixed4(normal *0.5 + 0.5 ,1.0);

深度纹理和NDC坐标的关系

//取得深度纹理在对应uv下的深度
float d = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv_depth);
float NDC = float4(i.uv.x * 2 - 1, i.uv.y * 2 - 1, d * 2 - 1, 1);

在对应的uv坐标下取得深度纹理的z分量之后，只需要 * 2 - 1就是Zndc。

所以NDC坐标为（i.uv , d * 2 - 1, 1)

而如果需要 还原成线性深度，则d带入LinearEyeDepth / Linear01Depth得到结果。