Unity Shader 深入理解 LinearEyeDepth 与 DepthTexture
从透视投影的数学本质出发，拆解深度缓冲区的非线性编码原理，掌握 LinearEyeDepth 的完整变换链路与实战技巧。
一、Camera DepthTexture：它是什么
在 Unity 中，启用DepthTextureMode.Depth后，渲染管线会在不透明物体绘制完毕后、透明物体绘制之前，额外生成一张全屏的深度纹理——这就是_CameraDepthTexture。它本质上是将当前帧的深度缓冲区（Depth Buffer）内容拷贝到一张可被 Shader 采样的纹理中。
💡 关键要点
半透明物体的 Shader 可以直接采样 _CameraDepthTexture——这是水面、玻璃等效果的基础。URP 中不透明物体队列为RenderQueue ≤ 2500，因此任何在 Transparent 队列（3000）渲染的材质都能读到底层场景的深度。
二、为什么深度是非线性的
GPU 写入深度缓冲区的值并不是世界空间中的真实距离，而是经过透视投影矩阵变换后的非线性值。理解这一点，是掌握LinearEyeDepth的前提。
2.1 透视投影的本质
透视投影将视锥体（Frustum）映射到 NDC 立方体[-1, 1]3。在这个变换中，z 分量经历了非线性压缩：近平面附近的深度精度极高，远平面附近的精度则急剧下降。
2.2 深度缓冲区中的值
采样_CameraDepthTexture得到的是一个0 到 1 的浮点数，它遵循以下公式（OpenGL / Unity 约定）：
Depthbuffer = ( far · (z − near) ) / ( z · (far − near) )
其中z是观察空间中的深度（相机前方的实际距离），near和far是裁剪面距离。这个曲线在近平面附近陡峭，在远平面附近平坦——这就是 z-fighting 更常出现在远处的根本原因。
三、LinearEyeDepth：从非线性到线性
3.1 它做了什么
LinearEyeDepth是 URP 中Common.hlsl提供的核心函数，它将采样到的非线性深度值还原为观察空间中的线性距离。这意味着转换后的值可以直接用于计算世界空间位置、做距离比较、驱动雾效等。
// URP / Core RP Library 中的实现 float LinearEyeDepth(float rawDepth, float4 zBufferParam) { return 1.0 / (zBufferParam.x * rawDepth + zBufferParam.y); }其中zBufferParam由引擎在每帧计算：
zBufferParam.x = (far − near) / far
zBufferParam.y = near / far
3.2 数学推导
将原始非线性公式取倒数即可还原：
原始：rawDepth = far · (z − near) / (z · (far − near))
取倒数：1 / rawDepth = z · (far − near) / (far · (z − near))
整理后得到：z = 1 / ( ((far−near)/far) · rawDepth + near/far )
这就是LinearEyeDepth的完整数学本质——一个有理函数的倒数。
📐 与 Linear01Depth 的区别
Linear01Depth(rawDepth, zBufferParam)返回的是[0, 1] 归一化深度（0 = near, 1 = far），适合做深度比较。
LinearEyeDepth(rawDepth, zBufferParam)返回的是观察空间的实际距离（米），适合做世界空间重建或距离相关的计算。
四、如何正确采样深度纹理
4.1 声明纹理与采样器
// URP 中推荐使用宏声明（自动处理平台兼容性） TEXTURE2D_FLOAT(_CameraDepthTexture); SAMPLER(sampler_CameraDepthTexture);4.2 在 Shader 中采样与转换
// 1. 计算屏幕空间 UV float4 screenPos = ComputeScreenPos(positionCS); float2 screenUV = screenPos.xy / screenPos.w; // 透视除法 // 2. 采样深度纹理（R 通道即为深度值） float rawDepth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, screenUV); // 3. 转换为观察空间线性深度 float eyeDepth = LinearEyeDepth(rawDepth, _ZBufferParams); // 4. （可选）转换为 01 深度 float linear01 = Linear01Depth(rawDepth, _ZBufferParams);4.3 关键注意事项
⚠️ 常见陷阱
- 记得透视除法：
ComputeScreenPos返回的是齐次坐标，必须除以.w才是正确的 UV。 - Vulkan / Metal 平台：这些 API 下深度值已经在线性空间中（如果启用了 Reverse-Z），
_ZBufferParams会自动适配。 - Scene Depth vs Camera Depth：
_CameraDepthTexture不包含透明物体；若需包含透明物体深度，使用_CameraDepthAttachment（URP 14+）。 - 深度纹理精度：大部分移动平台为 16位或24位深度格式，远处精度有限，避免在远平面附近做高精度深度比较。
五、实战场景分析
5.1 场景一：水面边缘的软过渡（深度差）
水面 Shader 的经典写法：比较水面像素深度与场景深度，在物体与水面交界处产生泡沫或边缘效果。
float sceneEyeDepth = LinearEyeDepth( SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, screenUV), _ZBufferParams ); float waterEyeDepth = screenPos.w; // 水面像素在观察空间的深度 float depthDiff = sceneEyeDepth - waterEyeDepth; // 深度差越小 = 物体越靠近水面 = 泡沫强度越高 float foamFactor = saturate(1.0 - depthDiff / _FoamDistance);5.2 场景二：从深度重建世界空间坐标
结合LinearEyeDepth与 NDC 坐标，可以精确重建每个像素的世界位置——这是屏幕空间效果（SSR、SSAO、贴花）的核心技术。
float3 ReconstructWorldPos(float2 screenUV, float rawDepth) { // 1. 得到观察空间线性深度 float eyeDepth = LinearEyeDepth(rawDepth, _ZBufferParams); // 2. 构建 NDC 坐标（xy 映射到 [-1,1]） float3 ndcPos = float3(screenUV * 2.0 - 1.0, 1.0); // 3. NDC → 观察空间（乘以深度） float3 viewPos = mul(unity_CameraInvProjection, float4(ndcPos, 1.0)).xyz * eyeDepth; // 4. 观察空间 → 世界空间 float3 worldPos = mul(unity_CameraToWorld, float4(viewPos, 1.0)).xyz; return worldPos; }🔧 ASE 节点映射
如果你使用 Amplify Shader Editor，以上操作可以通过以下节点实现：Depth Texture→Eye Depth节点（自动调用 LinearEyeDepth）→ 配合Screen Position和Inverse View Projection Matrix重建世界坐标。
5.3 场景三：水下角色渲染修正
这是一个经典的深度排序问题：当角色半身浸入水中时，水面 Shader 需要区分"水面到场景"和"水面到角色"的深度差，避免在不正确的深度层产生扭曲。
关键修正逻辑——在深度比较时取min，确保角色后方物体不会干扰水面的折射计算：
// 采样场景不透明深度 float rawSceneDepth = SAMPLE_DEPTH_TEXTURE(_CameraDepthTexture, sampler_CameraDepthTexture, screenUV); float sceneEyeDepth = LinearEyeDepth(rawSceneDepth, _ZBufferParams); // 水面像素自身的观察空间深度 float waterEyeDepth = screenPos.w; // 关键修正：取水面和场景深度中的较近者 // 避免角色背后的冰块等物体产生错误扭曲 float effectiveSceneDepth = min(sceneEyeDepth, waterEyeDepth); // 正确的水面-场景深度差 float correctedDiff = effectiveSceneDepth - waterEyeDepth; // 若差值很小或为负 → 有物体在水面附近或上方 → 减少扭曲 float distortionMask = saturate(correctedDiff / _MaxDistortionDepth);六、函数速查表
| 函数 / 宏 | 输入 | 输出 | 用途 |
|---|---|---|---|
SAMPLE_DEPTH_TEXTURE | 纹理 + UV | raw depth [0,1] | 从 _CameraDepthTexture 采样 |
LinearEyeDepth | rawDepth + _ZBufferParams | 观察空间距离（米） | 世界坐标重建、真实距离计算 |
Linear01Depth | rawDepth + _ZBufferParams | [0,1] 线性深度 | 深度比较、软粒子、雾效 |
ComputeScreenPos | positionCS | 齐次屏幕坐标 | 计算采样 UV（需除 .w） |
_ZBufferParams | — | float4 (x,y,z,w) | URP 自动传入的深度反算参数 |
七、小结
LinearEyeDepth的代码虽然只有一行，但它背后承载的是透视投影的完整数学链路：
- 深度缓冲区存储的是非线性值——近处精度高、远处精度低，这是透视投影矩阵的必然结果。
LinearEyeDepth用一个有理函数的倒数将非线性深度还原为观察空间线性距离。_ZBufferParams由引擎根据near/far自动计算，适配不同图形 API（OpenGL / D3D / Vulkan / Metal）的深度范围约定。- 实战中最常见的错误——忘记透视除法、没处理 Reverse-Z 平台差异、角色背后物体干扰深度比较——都可以通过理解上述原理来避免。
📚 延伸阅读
如果你想进一步深入，推荐阅读 URP 源码中的Common.hlsl、DepthOnlyPass.hlsl，以及 Unity 官方的Frame Debugger来验证每个 Pass 的深度写入行为。配合 ASE 的Eye Depth节点，你可以不写一行代码就完成大部分深度相关效果。