Profondeur Reversed-Z : améliorer la précision avec une convention de profondeur cohérente

Diagnostiquer la représentation de la profondeur

Deux surfaces proches peuvent scintiller parce que leurs profondeurs projetées deviennent indiscernables. La profondeur en perspective suit normalement une transformation de l'inverse de la distance de vue : des incréments égaux dans le buffer ne correspondent donc pas à des distances égales. Rapprocher inutilement le plan proche (near plane) dégrade la précision de la profondeur conventionnelle. Avant de modifier la géométrie pour masquer le symptôme, examinez la projection et le format de profondeur. [1]

Inverser le mapping, pas seulement la comparaison

Avec une projection adaptée à la plage de 0 à 1 et un buffer de profondeur en virgule flottante, le reversed Z fait correspondre le plan proche à 1 et le plan lointain à 0. Les valeurs à virgule flottante sont plus denses près de zéro, ce qui compense la perte de précision à distance causée par le mapping en inverse de la distance. Inverser un buffer entier à quantification uniforme n'apporte pas le même bénéfice. [1]

La convention complète comprend la projection, une comparaison « plus grand que » (greater) sur la profondeur et une valeur d'effacement de 0. Choisissez une comparaison stricte ou inclusive selon les passes qui doivent partager des profondeurs égales. Changer uniquement la comparaison produit un pipeline incohérent.

Exemple détaillé : lire la valeur dans la bonne unité

Prenons, à titre d'illustration, une projection à plan lointain infini, où z est la distance de vue positive, n la distance du plan proche et d = n / z la profondeur inversée. Avec n = 0.2 mètre, une surface à 2 mètres donne 0,1, tandis qu'une surface à 2000 mètres donne 0,0001. Au plan proche, le résultat est 1 ; plus la distance augmente, plus il tend vers 0.

Ces valeurs sont de la profondeur encodée, pas des mètres. Un effet de post-traitement qui les soustrait et interprète la différence comme une épaisseur physique utilise les mauvaises unités. Reconstruisez la position en espace vue, ou utilisez la linéarisation correspondante, avant d'appliquer un seuil basé sur la distance. Ces chiffres illustrent le mapping ; ils ne représentent ni une précision ni une performance mesurées.

Migrer chaque lecture et chaque écriture de la profondeur

Créez une petite scène avec des surfaces qui se chevauchent à plusieurs distances et conservez des captures de référence. Modifiez ensemble la construction de la projection, la comparaison de profondeur et l'effacement. La documentation de DirectXMath décrit la projection inversée comme un échange des arguments de plan proche et de plan lointain, pour la convention qu'elle indique ; les deux distances doivent rester positives et différentes. [3]

Passez en revue les écritures de profondeur personnalisées, la géométrie plein écran, le traitement du ciel, la reconstruction de profondeur et les comparaisons sur la profondeur brute. Examinez aussi les règles de réduction utilisées par les hiérarchies de profondeur. L'explication de migration de Godot montre pourquoi les hypothèses des shaders sur les valeurs proches et lointaines peuvent casser, même quand la géométrie ordinaire s'affiche correctement. [2]

Vérifier les limites sur l'ensemble de la frame

Testez l'occlusion, les pixels d'arrière-plan, les passes à profondeur égale et les effets de post-traitement après des changements de caméra. Vérifiez la plage de l'espace de clipping de l'API et le format réel de l'attachment ; sélectionner simplement un format à virgule flottante ne suffit pas. Le reversed Z ne sépare pas des surfaces exactement coïncidentes et ne corrige pas des positions de sommets imprécises. Gardez un plan proche raisonnable et validez la correction visuelle sur les chemins de rendu visés.

Sources

• [1] Visualizing Depth Precision — Nathan Reed, NVIDIA Technical Blog.
• [2] Introducing Reverse Z — Clay John, Godot Engine.
• [3] XMMatrixPerspectiveFovLH — Microsoft, DirectXMath documentation.