Unity CommandBuffer或是Camera重定向RenderTarget的ColorBuffer & DepthBuffer
关键API：_Camera.SetTargetBuffers(colorRT.colorBuffer, depthRT.depthBuffer);或CommandBuffer.SetRenderTarget(RenderTargetIdentifier[] colors, RenderTargetIdentifier depth);下面我用到的是Camera的API然后重定向ColorBuff..
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首先，为何要这么重定向渲染目标。
因为Unity中，如果使用内置的深度，会导致DC翻倍，在Camera.depthTextureMode中开启。
（经我测试发现，用FrameDebugger可以看到，开启内置的阴影功能也会DC翻倍，因为阴影也是需要深度的，后面会讲到）
关键API：_Camera.SetTargetBuffers(colorRT.colorBuffer, depthRT.depthBuffer);或CommandBuffer.SetRenderTarget(RenderTargetIdentifier[] colors, RenderTargetIdentifier depth);
下面我用到的是Camera的API
然后重定向ColorBuffer与DepthBuffer后，一定要有应用才能知道有无问题。
那么我就用直接的一篇：Unity Shader - 根据片段深度重建片段的世界坐标，来应用深度吧。
关于深度纹理如何获取，也可以参考之前写的一篇：Unity Shader - 获取BuiltIn深度纹理和自定义深度纹理的数据。
先来说一个像素格式，下面的CSharp代码中有一个长长的注释：
// RHalf，注意这里别使用RHalf，否则精度没有原来的RenderTextureFormat.Depth的那么高
// 在正交相机模式下很明显，透视没什么问题
depthTex = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 0, RenderTextureFormat.R16);
这个depthTex会读取depthBuf得深度内容。depthBuf创建如下：（注意下面depthBuf与depthTex的区别）
depthBuf = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 24, RenderTextureFormat.Depth);
因为我们的原来指定depthBuf的对象的depth&stencil（第三个参数）精度为：24位，格式为：Depth，其中，24位中，有16位是depth的，还有8位是stencil的。这个参数有三种有效值，分别是：
- 0：就是不使用深度，也不使用模板。
- 16：使用16位深度，但不使用模板。
- 24：使用16位深度，也使用8位模板。
如果你要使用深度，那可以填入：16或是24。如果需要使用到stencil那就天24。这里我们暂时天了24。因为模板功能后面我其他功能需要用到。但这个例子不需要。
所以这参数可以按需来填入对应的数值。
另外注意，除了这个参数会影响到精度，后面的那个：RenderTextureFormat也会影响精度的。
depthBuf 使用的是：RenderTextureFormat.Depth。API注释是：A depth render texture format.，就是一个深度格式，当精度就是按深度的来设置，我们前一个参数设置了24，有16位是深度的，所以depthBuf的深度精度是有16位的。
然后是depthTex纹理的精度，我们用他的R通道来存放深度（这里是unity底层设置的，深度值写入R通道），所以我们的depthTex的纹理像素格式，精度都的设置。如下：
depthTex = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 0, RenderTextureFormat.R16);
可以看到第三个参数为0，就是不需要深度，模板的数据位，因为我们读取深度到R通道，格式是：R通道16位。这样就可以正常读取到深度缓存的值了。之前因为这里参考了别的博主的代码，它填入的是：RHalf，在透视下，深度的差异与_CameraDepthTexture中的没什么差别，看不出来。但在正交下，就很大差别了。所以这里要使用R16好些。
差别在这：
先设置正交投影
然后，把RHalf改为R16，在看看
OK，好了。
然后是，显示我们重定向的ColorBuffer与DepthBuffer与WorldPositionFromDepth的三种显示结果：
然后我测试时发现：就我的Camera.depthTextureMode = DepthTextureMode.None;但是在Shader中，使用_CameraDepthTexture依然是有内容的，我就觉得奇怪了。然后仔细看了看FrameDebugger，发现第一处DC分类就有一项：Update Depth Texture，而且是为了绘制阴影而执行的。
如下图：
所以可以确定在unity中，内部执行绘制深度纹理（翻倍DC的方式，但是是针对Opaque 的RenderType）有好几个条件：
Camera.depthTextureMode的设置。- 阴影功能的开启。
- 或是其他我们未发现，但这些功能是依赖深度来实现的，都会自动开启渲染深度纹理。
想看要某个Camera是否开始的depthTextureMode属性的功能可以看Inspector视图中Camera组件的底部：（下面我只是开启了：DepthTextureMode.Depth，如果连DepthNormals和MotionVector都开启，那么会显示3个）
CSharp
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
/// <summary>
/// jave.lin 2020.03.19
/// </summary>
public class RetargetColAndDepthBuf : MonoBehaviour
{
public enum ProjType
{
Perspective,
Orthographic
}
private static int _AfterSkyboxColTex_hash = Shader.PropertyToID("_AfterSkyboxColTex");
private static int _AfterForwardOpaqueDepthTex_hash = Shader.PropertyToID("_AfterForwardOpaqueDepthTex");
private static int _Perspective_Ray_hash = Shader.PropertyToID("_Perspective_Ray");
private static int _Ortho_Ray_hash = Shader.PropertyToID("_Ortho_Ray");
private static int _Ortho_Ray_Oringin_hash = Shader.PropertyToID("_Ortho_Ray_Oringin");
public bool enableCustomColDepth = false;
private bool lastEnableCustomColDepth = false;
public bool enableBuiltInDepth = false;
private bool lastEnableBuiltInDepth = false;
public ProjType projType;
public Material blitBackbuffMat;
private Camera cam;
private CommandBuffer blitColorBufCMD;
private CommandBuffer blitDepthBufCMD;
private CommandBuffer blitBackBufCMD;
private RenderTexture colorBuf;
private RenderTexture depthBuf;
private RenderTexture colorTex;
private RenderTexture depthTex;
private void Start()
{
cam = GetComponent<Camera>();
StepCmd();
}
private void StepCmd()
{
if (lastEnableCustomColDepth != enableCustomColDepth)
{
lastEnableCustomColDepth = enableCustomColDepth;
if (enableCustomColDepth)
{
colorBuf = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 0, RenderTextureFormat.RGB111110Float);
depthBuf = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 24, RenderTextureFormat.Depth);
colorTex = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 0, RenderTextureFormat.RGB111110Float);
depthTex = new RenderTexture(Screen.width, Screen.height, 0, RenderTextureFormat.R16); // RHalf，注意这里别使用RHalf，否则精度没有原来的RenderTextureFormat.Depth的那么高，在正交相机模式下很明显，透视没什么问题
colorBuf.name = "Custom - ColorBuffer";
depthBuf.name = "Custom - DepthBuffer";
colorTex.name = "Custom - ColorTexture";
depthTex.name = "Custom - DepthTexture";
blitColorBufCMD = new CommandBuffer();
blitColorBufCMD.name = "AfterSkyBox - BlitColor";
blitColorBufCMD.CopyTexture(colorBuf.colorBuffer, colorTex.colorBuffer);
cam.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterSkybox, blitColorBufCMD);
blitDepthBufCMD = new CommandBuffer();
blitDepthBufCMD.name = "AfterForwardOpaque - BlitDepth";
blitDepthBufCMD.Blit(depthBuf.depthBuffer, depthTex.colorBuffer);
cam.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterForwardOpaque, blitDepthBufCMD);
blitBackBufCMD = new CommandBuffer();
blitBackBufCMD.name = "AfterEverything - BlitBackBuf";
blitBackBufCMD.Blit(colorBuf.colorBuffer, (RenderTexture)null, blitBackbuffMat);
cam.AddCommandBuffer(CameraEvent.AfterEverything, blitBackBufCMD);
}
else
{
DestroyCmd();
}
}
}
private void OnPreRender()
{
cam.orthographic = projType == ProjType.Orthographic;
if (cam.orthographic)
{
// unity 1 unit == 100 pixels，所以view volume height = 10 unit == 1000 pixel
var halfOfHeight = cam.orthographicSize;
var halfOfWith = cam.aspect * halfOfHeight;
//Debug.Log($"size:{cam.orthographicSize}, aspect:{cam.aspect}, hw:{halfOfWith}, hh:{halfOfHeight}");
// 了解orthographic的投影矩阵，更方便与对参数的应用：http://www.songho.ca/opengl/gl_projectionmatrix.html#ortho
var upVec = cam.transform.up * halfOfHeight;
var rightVec = cam.transform.right * halfOfWith;
// 左下角 bottom left
var bl = -upVec - rightVec;
// 左上角 top left
var tl = upVec - rightVec;
// 右上角 top right
var tr = upVec + rightVec;
// 右下角 bottom right
var br = -upVec + rightVec;
// 正交相机的四个角落射线的起点
var viewVolumeCornerPos = Matrix4x4.identity;
// 经shader中顶点颜色赋值后出入到屏幕，可以确定，第0是：左下角，1：左上角，2：右上角，3：右下角
viewVolumeCornerPos.SetRow(0, bl);
viewVolumeCornerPos.SetRow(1, tl);
viewVolumeCornerPos.SetRow(2, tr);
viewVolumeCornerPos.SetRow(3, br);
blitBackbuffMat.SetVector(_Ortho_Ray_hash, transform.forward * cam.farClipPlane);
blitBackbuffMat.SetMatrix(_Ortho_Ray_Oringin_hash, viewVolumeCornerPos);
}
else
{
var aspect = cam.aspect; // 宽高比
var far = cam.farClipPlane; // 远截面距离长度
var rightDir = transform.right; // 相机的右边方向（单位向量）
var upDir = transform.up; // 相机的顶部方向（单位向量）
var forwardDir = transform.forward; // 相机的正前方（单位向量）
// fov = field of view，就是相机的顶面与底面的连接相机作为点的夹角，
// 我们取一半就好，与相机正前方方向的线段 * far就是到达远截面的位置（这条边当做下面的tan公式的邻边使用）
// tan(a) = 对 比 邻 = 对/邻
// 邻边的长度是知道的，就是far值，加上fov * 0.5的角度，就可以求出高度（对边）
// tan(a)=对/邻
// 对=tan(a)*邻
var halfOfHeight = Mathf.Tan(cam.fieldOfView * 0.5f * Mathf.Deg2Rad) * far;
// 剩下要求宽度
// aspect = 宽高比 = 宽/高
// 宽 = aspect * 高
var halfOfWidth = aspect * halfOfHeight;
// 前，上，右的角落偏移向量
var forwardVec = forwardDir * far;
var upVec = upDir * halfOfHeight;
var rightVec = rightDir * halfOfWidth;
// 左下角 bottom left
var bl = forwardVec - upVec - rightVec;
// 左上角 top left
var tl = forwardVec + upVec - rightVec;
// 右上角 top right
var tr = forwardVec + upVec + rightVec;
// 右下角 bottom right
var br = forwardVec - upVec + rightVec;
var frustumCornersRay = Matrix4x4.identity;
// 经shader中顶点颜色赋值后出入到屏幕，可以确定，第0是：左下角，1：左上角，2：右上角，3：右下角
frustumCornersRay.SetRow(0, bl);
frustumCornersRay.SetRow(1, tl);
frustumCornersRay.SetRow(2, tr);
frustumCornersRay.SetRow(3, br);
blitBackbuffMat.SetMatrix(_Perspective_Ray_hash, frustumCornersRay);
}
StepCmd();
if (enableCustomColDepth)
{
colorBuf.DiscardContents();
depthBuf.DiscardContents();
colorTex.DiscardContents();
depthTex.DiscardContents();
Shader.SetGlobalTexture(_AfterSkyboxColTex_hash, colorTex);
Shader.SetGlobalTexture(_AfterForwardOpaqueDepthTex_hash, depthTex);
// Camera.targetTexture和SetTargetBuffers的区别
// https://blog.csdn.net/wodownload2/article/details/104424005
// when targetTexture is null, camera renders to screen.
// when rendering into a texture, the camera always renders into the whole texture;
// it is also possible to make camera render into separate RenderBuffers, or into multiple textures at once, using SetTargetBuffers function.
cam.SetTargetBuffers(colorBuf.colorBuffer, depthBuf.depthBuffer);
}
else
{
cam.targetTexture = null;
}
if (lastEnableBuiltInDepth != enableBuiltInDepth)
{
lastEnableBuiltInDepth = enableBuiltInDepth;
// 位操作---置位（置1）、清除和取反
// https://blog.csdn.net/cw616729/article/details/90032228
if (enableBuiltInDepth)
cam.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth;
else
// 相当于：先取Depth得位，再取反所有位，这时Depth都为0，再与原来得depthTextureMode得位求与，即可将出了Depth以外的所有位都保留下来
cam.depthTextureMode &= ~DepthTextureMode.Depth;
}
}
private void DestroyCmd()
{
Destroy(colorBuf);
Destroy(depthBuf);
Destroy(colorTex);
Destroy(depthTex);
if (blitColorBufCMD != null)
{
cam.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.AfterSkybox, blitColorBufCMD);
blitColorBufCMD.Dispose();
blitColorBufCMD = null;
}
if (blitDepthBufCMD != null)
{
cam.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.AfterForwardOpaque, blitDepthBufCMD);
blitDepthBufCMD.Dispose();
blitDepthBufCMD = null;
}
if (blitBackBufCMD != null)
{
cam.RemoveCommandBuffer(CameraEvent.AfterEverything, blitBackBufCMD);
blitBackBufCMD.Dispose();
blitBackBufCMD = null;
}
}
private void OnDestroy()
{
DestroyCmd();
}
}
Shader
// jave.lin 2020.03.19 - 显示自定义的缓存内容 - 然后还加上了深度转世界坐标的验证看看有无问题，结果发现了深度纹理中RHalf与R16的一些精度区别
Shader "Custom/ShowCustomBuf" {
Properties {
[KeywordEnum(COLOR,DEPTH)] _SHOWTYPE("ShowType", Float) = 0 // 控制显示ColorBuffer还是DepthBuffer的内容
[KeywordEnum(CUSTOM_DEPTH,BUILIN_DEPTH)] _DEPTHTYPE("DepthType", Float) = 0 // 控制显示DepthBuffer时，是用自定义的还是unity内置的
[MaterialToggle(SHOW_DEPTH_WP)] SHOW_DEPTH_WP("Show Depth WorldPos", Float) = 1 // 是否实现深度的世界坐标
}
SubShader {
Cull Off ZWrite Off ZTest Always
Pass {
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile _SHOWTYPE_COLOR _SHOWTYPE_DEPTH
#pragma multi_compile _DEPTHTYPE_CUSTOM_DEPTH _DEPTHTYPE_BUILIN_DEPTH
#pragma multi_compile _ SHOW_DEPTH_WP
#include "UnityCG.cginc"
struct appdata {
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
uint vid : SV_VertexID;
};
struct v2f {
float4 vertex : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 ray : TEXCOORD1;
float4 rayOrigin : TEXCOORD2;
};
sampler2D _AfterSkyboxColTex; // 外部用CmdBuf添加指定生成的纹理，并指定全局的ColorBuf纹理
sampler2D _AfterForwardOpaqueDepthTex; // 外部用CmdBuf添加指定生成的纹理，并指定全局的DepthBuf纹理
sampler2D _CameraDepthTexture; // unity内置的深度纹理
// ==== depth to world pos start ====
// perspective
float4x4 _Perspective_Ray; // 透视投影时用的射线
// orthographic
float4 _Ortho_Ray; // 正交投影时用的射线（起始就是相机forward）
float4x4 _Ortho_Ray_Oringin; // 正交投影时用的射线起点
// ==== depth to world pos end ====
v2f vert (appdata v) {
v2f o;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
// x = orthographic camera's width
// y = orthographic camera's height
// z = unused
// w = 1.0 if camera is ortho, 0.0 if perspective
//float4 unity_OrthoParams;
// 这里可以写keyword提升性能，但是可读性比较差，这里就使用if判断
if (unity_OrthoParams.w == 1) { // ortho
o.rayOrigin = _Ortho_Ray_Oringin[v.vid];
} else { // perspective
o.ray = _Perspective_Ray[v.vid];
}
return o;
}
float4 DepthToWorldPos(v2f i, float depth) {
if (unity_OrthoParams.w == 1) { // ortho
float3 wp = _WorldSpaceCameraPos.xyz + i.rayOrigin.xyz + _Ortho_Ray.xyz * depth;
return float4(wp, 1);
} else { // perspective
float3 wp = _WorldSpaceCameraPos.xyz + i.ray * depth;
return fixed4(wp, 1);
}
}
float4 GetDepth(v2f i) {
if (unity_OrthoParams.w == 1) { // ortho
#if _DEPTHTYPE_CUSTOM_DEPTH
float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_AfterForwardOpaqueDepthTex, i.uv);
#else
float depth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv);
#endif
// 正交下的相机，_CameraDepthTexture纹理中存储的是线性比例值
#if defined(UNITY_REVERSED_Z) // 正交需要处理这个宏定义，透视不用，估计后面unity版本升级后会处理正交的这个宏定义处理吧
depth = 1 - depth;
#endif
return depth;
} else { // perspective
#if _DEPTHTYPE_CUSTOM_DEPTH
float depth = Linear01Depth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_AfterForwardOpaqueDepthTex, i.uv));
#else
float depth = Linear01Depth(SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, i.uv));
#endif
return depth;
}
}
float4 ShowDepth(v2f i) {
#if SHOW_DEPTH_WP
return DepthToWorldPos(i, GetDepth(i));
#else
return GetDepth(i);
#endif
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
#if _SHOWTYPE_COLOR
return tex2D(_AfterSkyboxColTex, i.uv);
#else // #if _SHOWTYPE_COLOR
return ShowDepth(i);
#endif // #if _SHOWTYPE_COLOR
}
ENDCG
}
}
}
总结
如果要手动重定向渲染，将ColorBuffer或是DepthBuffer都指定到我们的一个RT，来减少unity内置的DC。
那么我们首先要将一下几点必须自己去处理：
- shader深度纹理，用自己的DepthBuffer的RT；
- 阴影自己实现，因为开启了阴影unity底层也会去update depth texture(_CameraDetphTexture)；
- 还有可能unity其他功能是需要深度信息来实现的，unity都可以会去执行：update depth texture。并且我们都需要去一一实现这些功能，改用我们的DepthBuffer RT。（这个就很蛋疼了，所以尽量还是使用户会unity自带的深度纹理吧，因为粗略想了一下，还是挺多的，特别是unity内置的后处理特效，基本上都会与深度有关系，你难不成全都实现一篇吗？或是unity后续版本不断迭代，各种后效也需要深度的，你都得去一一实现，-_-!）
Project
backup : UnityShader_CmbBuf_RetargetColor&DpethBuf_2018.3.0f2
References
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