综合笔记，源见参考

1 什么是深度测试

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，将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，本对象在该像素点才会将颜色写入颜色缓冲区，否则否则不会写入颜色缓冲。

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1.1 深度缓冲(Z-Buffer)

深度缓冲就像颜色缓冲(Color Buffer)（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32位float的形式储存它的深度值。在大部分的系统中，深度缓冲的精度都是24位的。

深度缓冲区中存储的深度值为0到1范围的浮点值，且为非线性，正确的投影特性的非线性深度方程是和1/z成正比的 ，这样基本上做的是在z很近是的高精度和 z 很远的时候的低精度。

1.2 通俗的理解深度缓冲区、深度测试、深度写入

深度测试存在的目的很大程度是为了避免overdraw问题，在绘画过程中覆盖掉上一层的行为在计算机中是非常消耗的做法，避免渲染被遮挡的像素，我们可以对不同的物体进行排序，但是当物体间存在相互遮挡关系时，排列物体就不能解决问题。

深度缓冲区正是为此而产生的，排列物体不可行，但排列像素是可行的，用一个深度缓冲区（z-buffer）把场景中每个像素深度保存下来，之后还涉及深度测试（z-test）和深度写入（z-write），我们用这算法能够比较好地处理物体遮挡关系。

2 Z-buffer算法

我们这里假设我们摄像机在原点看向 z 正方向，即离我们越远z越大，深度越大，离我们越近z越小深度越小。

简单来说，我们初始化深度缓存为无限大，每个像素只记录离该像素最小的深度，如果新插入的像素（物体）深度比目前小（深度测试），则更新该值（深度写入），并将新的像素值写入颜色缓冲区。

深度测试分为通过和不通过两种情况，深度写入分为开启和不开启两种，那么就一共有是四种情况：

1. 深度测试通过，深度写入开启→更新深度缓冲区，更新颜色缓冲区
2. 深度测试不通过，深度写入开启→不更新深度缓冲区，不更新颜色缓冲区
3. 深度测试通过，深度写入不开启→不更新深度缓冲区，更新颜色缓冲区
4. 深度测试不通过，深度写入不开启→不更新深度缓冲区，不更新颜色缓冲区

深度写入的两种状态

• 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（更准确地说是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这个状态之外，更重要的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。

3 在Unity中编写

在ShaderLab中使用ZTest param来设定深度测试的参数, 可以给SubShader, 也可以给Pass设置, 使用ZWrite Off/On来开关深度写入，默认是ZWrite On。

SubShader
{
    Tags { "RenderType"="Opaque" }
    LOD 100
    ZTest Always
    
    Pass
    {
        ZTest Greater
        ZWrite On
    }
}

Z Test 对比状态如下：

默认的参数是LEqual, 即源深度值小于等于目标深度值时通过测试。需要注意的是，因为深度缓存的默认是无限大，所以直接使用Greater,所有片元都会被抛弃。

4 Early Z

现在大多数 GPU 都支持一种称为提前深度测试(Early depth testing)的硬件功能。提前深度测试允许深度测试在片段着色器之前运行。明确一个片段永远不会可见的 (它是其它物体的后面) 我们可以更早地放弃该片段。

片段着色器通常是相当费时的所以我们应该尽量避免运行它们。对片段着色器提前深度测试一个限制是，你不应该写入片段的深度值。如果片段着色器将写入其深度值，提前深度测试是不可能的，OpenGL不能事先知道深度值。

传统的渲染管线中，ZTest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，因为每个像素点上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ZTest仍然需要进行，以保证最终的遮挡关系结果正确。前面的一次主要是Z-Cull为了裁剪以达到优化的目的，后一次主要是Z-Check，为了检查，如下图：

放到我的自制小管线里在红色箭头这个地方

5 Queue 渲染队列

虽然z-buffer算法原理看上去很简单，但是涉及到渲染场景中不同属性的物体时，还需要做出更多的考量与设置。如何渲染场景中多个物体，给他们如何排序这个问题非常重要。在unity中默认有几种渲染队列，也可以自行定义，比如2001就是在Geometry后，AlphaTest之前。

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（OverDraw）

对于渲染半透明物体的情况，就更值得注意啦，如下图，半透明物体的像素往往会与其背后物体的像素进行混合，所以从后往前，很好理解！

参考

深度测试 - LearnOpenGL CN

深度测试的基础知识_深度测试在什么阶段-CSDN博客

深度测试浅述 - PISCOnoob - 博客园

3100-模板测试与深度测试(1)