什么是深度缓冲？#

深度缓冲（Depth Buffer），又称 Z-Buffer，是 GPU 在渲染时维护的一张与屏幕等分辨率的缓冲区。它存储了当前已渲染的每个像素的深度值（通常为 0～1 的浮点数，代表距离摄像机的远近）。

当新的片元（像素）被光栅化时，GPU 会进行深度测试：比较新片元的深度值与缓冲区中已有的深度值，只有更近的片元才会被绘制并更新缓冲区。这个算法称为 Z-Buffer 算法。

深度值的空间#

深度缓冲中存储的深度值处于 NDC（归一化设备坐标）空间，范围为 [0, 1]（DirectX）或 [-1, 1]（OpenGL），这是一个非线性的值——靠近摄像机的精度高，远处精度低。

若需要将深度值转换为线性的视角空间（View Space）距离，需要使用逆矩阵进行变换，这在运动模糊等后处理效果中会用到：

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// 从深度图重建世界空间/视角空间位置的基本思路
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// depth = 深度图采样值（NDC 空间）
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// 需要 NDC → 视角空间的逆投影矩阵

与透明渲染的关系#

深度缓冲对不透明物体非常有效，无论渲染顺序如何，最终结果都正确。

但对于透明物体，情况不同：

• 透明度混合需要将当前片元颜色与缓冲区颜色叠加，要求从后往前渲染
• 因此透明物体通常需要关闭深度写入（ZWrite Off），以防止遮挡后方物体

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// 透明 Pass 中的典型设置
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ZWrite Off
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Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

关闭深度写入会带来新问题：同一模型多个面的渲染顺序无法保证，可能出现错误的自遮挡效果。

深度预写（Depth Prepass）#

一种解决透明渲染问题的技术：使用两个 Pass，第一个 Pass 只写入深度、不输出颜色；第二个 Pass 进行正常的透明混合，此时已有正确的深度信息可供测试。

在 URP 中，第一个 Pass 需要标记为 DepthOnly：

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Pass
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{
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    Name "DepthOnly"
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    Tags { "LightMode" = "DepthOnly" }
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    ZWrite On
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    ColorMask 0  // 不写入任何颜色通道
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}

摄像机深度图#

Unity 可以将深度缓冲的内容输出为一张可在 Shader 中采样的深度纹理（Camera Depth Texture）。这在后处理效果中广泛使用，例如：

• 基于深度的运动模糊 — 利用当前帧和上一帧的深度信息计算每个像素的运动速度
• 基于深度法线的描边 — 通过相邻像素深度差检测边缘
• 软粒子 — 让粒子与场景几何体边缘平滑过渡

相关知识#

• 渲染队列 — Unity 控制渲染顺序的机制，与深度缓冲密切相关
• 法线贴图 — 另一种提升视觉质量而不增加几何复杂度的技术