反向 Z 缓冲区
Z 缓冲区（或深度缓冲区）在计算机图形学中用于确定每个像素中物体的可见性。
每次绘制物体时，我们也会将到摄像机的距离存储在 Z 缓冲区中。
下次绘制物体时，我们可以检查 Z 缓冲区中先前存储的值。如果 Z 缓冲区中的值比我们正在绘制的物体更近，我们就知道该物体被遮挡了，因此不绘制该像素。这种技术有时被称为深度测试。
深度测试方法在所有图形引擎中普遍存在，Evergine 也不例外。然而，正如我们将看到的，简单的方法在精度方面并不能给出最佳结果。在此版本中，我们引入了反向 Z 缓冲，它极大地提高了精度，尤其是对于远处的物体。
传统 Z 缓冲区
传统的 Z 缓冲方法将深度值归一化存储于 [0, 1] 区间。其中 0 表示最近的值，1 表示最远的值。
在下图中，我们有一个 3D 相机正对着某个立方体。
绿线代表“近”平面；比近平面更近的像素会被裁剪（丢弃）。
红线代表“远”平面；比远平面更远的像素会被裁剪。
洋红色线代表到我们正在绘制的像素的距离 (d)。
归一化深度缓冲值将使用以下公式计算：
depthBuffer=(far)/(far-near)-(far⋅near)/(far-near)⋅1/d
注意，如果 d 等于 near，结果值为零。
类似地，如果 d 等于 far，结果值为一。
在下图中，你可以看到一个典型的深度缓冲可能的样子。
精度问题
为了展示传统深度缓冲可能出现的精度问题，我们构建了以下演示。
场景中的球体实际上是两个球体：一个在另一个内部。
这些分层球体的排列如下图所示。两层放置得非常接近。
显然，内部的红色球体本应不可见。然而，正如您在我们的演示中所见，随着与摄像机距离的增加，我们开始看到红色伪影。
这种现象称为走样。由于数值表示的精度限制，一旦深度值被归一化，它们会映射到相同的数值，因此我们无法区分哪个更近。
一种选择是增加深度缓冲中用于表示值的位数，但大多数硬件无法超过 32 位，而 32 位又不够用。
反向深度
这个精度问题可以通过一种称为反向深度缓冲的技术来解决。
该技术背后的思想非常简单。不再使用计算归一化深度的常规公式：
depthBuffer=(far)/(far-near)-(far⋅near)/(far-near)⋅1/d
我们交换 near 和 far 平面：
depthBuffer=(near)/(near-far)-(near⋅far)/(near-far)⋅1/d
使用此公式，近平面映射到 1，远平面映射到 0。因此深度缓冲看起来是反转的。
通过这一微小改动，结合浮点深度格式，我们的演示全部变为绿色。
为什么反向 Z 能提高精度？
反向 Z 是一种非常简单的技术：只需交换近平面和远平面。然而，结果却非常好。
此外，该技术似乎极其稳健；选择近平面和远平面不再需要精细调整。
实际上，你可以仅将远平面设置为无穷大，一切都会完美运行。能够处理无限远视距对于需要处理巨大世界的应用来说意义重大。例如，渲染整个地球，就像我们在新的 Cesium 插件中所做的那样。近平面也可以更近，尽管不能为零。
如果你想知道反向 Z 为何有效，在本节中我们将深入探讨数学和技术细节。
UNorm 与浮点表示
投影深度值存储在 [0, 1] 区间内。
0 和 1 之间有无限多个实数。然而，计算机无法精确表示所有实数，就像你无法在纸上写下圆周率的所有位数一样。因此，计算机会使用不同的表示法来近似实数，就像你可以通过写下前 7 位数字来近似圆周率一样。
深度缓冲中有两种用于表示深度值的格式：UNorm 和浮点。
UNorm 代表无符号归一化。使用无符号整数来表示 [0, 1] 区间内的实数。
表示的值在 [0, 1] 区间内均匀分布。
下图描绘了 UNorm 表示的值。如你所见，表示值之间的间距是恒定的。
Float 代表浮点表示。
浮点表示覆盖范围 (-∞, +∞)。
单精度浮点数使用 32 位，分为 3 部分：符号、指数和尾数。
（来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Single-precision_floating-point_format#/media/File:Float_example.svg）
我们无法在本文中涵盖浮点表示法的所有细节，因此我将为好奇的读者留下这两个链接：https://floating-point-gui.de，https://en.wikipedia.org/wiki/Single-precision_floating-point_format。
就我们的问题而言，关于浮点数需要了解的重要一点是，表示的值在 [0, 1] 区间内的分布方式，这正是投影深度值映射到的区间。
如上一张图所示，采样点并非均匀分布。更多的精度被分配给了更接近零的值。这对于科学计算应用来说是一个有趣的特性，但我们也将利用这一特点。
现在让我们回到深度投影公式：
depthBuffer=(far)/(far-near)-(far⋅near)/(far-near)⋅1/d
如果我们绘制此公式，将得到这条曲线：
X 轴表示线性深度。Y 轴给出投影到 [0, 1] 范围的深度。
请注意此函数增长的速度有多快。
在 Y 轴上，您可以看到采样是均匀分布的，因为我们使用的是 UNorm 表示。
X 轴上有一系列小刻度。这些对应于投影前 Y 轴上均匀分布的刻度。请注意，大多数刻度都聚集在近平面附近，而随着您到达远平面，刻度的密度变得非常低。
而这还是在近平面和远平面选择非常有利的情况下。看看当 near = 0.1，far = 100 时会发生什么。
这里的问题是，从 20 到 100 的深度值都映射到了 1。因此，在我们将它们投影之后，我们无法判断 45 是否小于 46。
在这里使用浮点数表示法并没有帮助。事实上，它让情况变得更糟，因为表示的线性深度值会更加集中在近平面附近。
到目前为止，我们已经看到有两件事导致了采样的不均匀分布，偏向于更靠近近平面的值：1) 投影公式的曲线 2) 浮点数表示法
Reverse-Z 的想法是翻转投影公式。这将创建相反的采样分布，偏向于靠近远平面的距离。浮点数表示法具有相反的效果，将对此进行补偿，最终我们得到更平衡的采样分布。请看下图中 X 轴刻度的分布。
Reverse Z 如何影响作为 Evergine 用户的您
更新到新版本后，反向深度将自动启用。
对于大多数项目，这不会有任何影响，但以下两种用例可能会出现问题。
使用深度缓冲区的着色器
如果您编写了读取原始深度缓冲区的自定义着色器，则需要相应地更改您的着色器。
我们添加了一些着色器参数，可帮助您将反向深度转换为正向深度。
如果我们使用传统的正向深度缓冲进行渲染，ReverseDepth 为 0；如果我们使用反向深度，则为 1。然而，从现在开始，它将始终为 1。
ReverseDepthFactor 旨在用于通过以下函数转换为正向深度：
// This is a function that converts a reverse-depth value to forward-depth, if needed, without branching
inline float forwardDepth(float depth)
{
return depth * ReverseDepthFactor + ReverseDepth;
}自定义渲染层
如果您的项目中有自定义 Render Layers，则必须反转深度测试条件。
在新版本的 Evergine 文档中，您将找到一个迁移指南，其中包含一些旨在自动化此过程的脚本。
