Unity中depth pass的优化以及谈谈unity中的Framebuffer

 最近遇到个很小但是很有意思的问题，在unity中如何从屏幕copy depth texutrue出来用？

        这个问题的来源是我发现在unity在移动平台上为了得到深度图，通常需要一个单独的pass，例如我们用到的一些后处理特效需要用刀场景深度信息，我们通过把camera的flag设置为depth tex 打开，unity就会在每帧用一个单独的pass绘制深度图，这其实很浪费，我们队全场景的顶点提交了两次，增加了大量drawcall。为了说明解决这个问题的思路，我们从framebuffer说起。

        0.关于framebuffer

                我们知道把场景渲染出来的过程，最终就是把图像绘制到一个FrameBuffer上的过程，现代gpu支持多个framebuffer，显示器屏幕的framebuffer是默认的fbo，当然除了显示器屏幕我们还可以渲染到其他自己定义的fbo来实现渲染到贴图等等。在unity中可以放置多个多个摄像机，这些摄像机在不同情况下渲染的目的fbo也是不一样的。

                  我们需要知道一个fbo包括很多位面，通常至少包括两个color buffer（前和后双缓存用来绘制和展示），一个depth buffer

                  我们可以在不同的framebuffer之间拷贝（gpu上的互拷），包括渲染拷贝color或depth，至于gpu到cpu的拷贝我们可以把framebuffer拷贝回cpu内存，但是只限于color位面（截屏），很多底层不支持depth的cpu回拷

                 默认被激活的fbo就是屏幕的那个fbo，当然也可以切换激活到自定义的fbo来实现向自定义fbo的绘制。

                 默认的屏幕那个fbo里面的buffer不能被更改，例如gles中它不有gles提供，二是由egl提供，但是自定义的fbo就可以更改里面的buffer

          1.unity的camera的fbo的定向规则：

                    1.对于一个单个最简单的摄像机，它的渲染的fbo就直接是屏幕的fbo

                    2.对于多个简单摄像机，也是按照摄像机顺序先后流到屏幕fbo

                    3.对于带有屏幕后处理特效的单个摄像机，渲染先流到一个自定义fbo，然后一层层的经过后处理，每层后处理都流向一个新的自定义fbo，直到最后一层后处理自动留到屏幕fbo，

                   4.对个多个带有屏幕后处理特效的摄像机，按照摄像机的顺序逐个渲染，对于第一个摄像机，先渲染到一个自定义fbo，然后一层层的经过后处理，每层后处理都流向一个新的自定义fbo，对于后面的摄像机，显然渲染到上一个的摄像机的最后后处理出来的那个自定义fbo，也一层层后处理下去，直到最后一个摄像机的最后一层后处理，会流向屏幕fbo

           2.改变摄像机的fbo流向

                   有很多方法和很多理由需要改变摄像机的fbo，例如渲染到rendertexture，例如我们最开始的那个问题

                   1.直接创建一个rendertarget，然后赋给摄像机的target，这样这个摄像机（包括加过后处理特效）的最终流向就到了这个rendertexture，因为本质上rendertexture就是一个自定义的fbo

                  2.通过camera.settarget(color,depth).，可以分别设置color和depth的buffer，这在底层其实是新建了一个fbo，然后把它激活，但是你不能把color定向到屏幕，而depth定向到别处，因为color和depth的buffer必须待在一个fbo上，而屏幕的fbo中的buffer又不能被更改。

                  对于被设置了settarget而重定向了buffer的camera的渲染的流向规则比较奇特是这样的：

                  1.如果没有屏幕特效，它直接渲染到自定义的fbo上，屏幕上不可见

                  2.如果有屏幕特效，它直接渲染到自定义的fbo上，然后一层层的后处理，知道最后一层后处理直接流向屏幕，可以说在这种情况下和我们的预期有些不符，因为这种情况下我们的自定义的rt上没有屏幕特效，而屏幕上出现了

                 3.如果有多个摄像机，每个都被定向到自定义的fbo，每个都有后处理特效，那么第一个摄像机先渲染到定向的那个fbo，然后每层特效后渲染到一个新的自定义的fbo，如果不是最后一个摄像机，最后一层特效将重新流向定向的那个fbo，而对于最后一个摄像机，最终流向屏幕fbo。也就是这种情况下定向的fbo少了最后一个摄像机的特效，而屏幕出现了完整的结果

            3.如何从屏幕获取depth tex？

                    回到这个问题。我们自然的会想到为什么unity不直接使用上一帧刚刚在屏幕上绘制好的那个framebuffer中的depth？答案肯定是完全可以，unity没有这样做可能是出于为了得到一个它可控的深度图，例如如果我们在渲染场景时自定义了一些z的操作，那么这个z的深度图可能不准，但是事实上对于不透明物体我们几乎不会干这种事。于是我打算从屏幕直接获取刚刚写过的那个depth，而强制unity不用这个浪费的单独的depth pass。

                   如何做到？最简单的是直接利用fbo的互拷贝的从屏幕的fbo拷贝过来到一个自定义的fbo，然而使用blit这种操作并不能稳定的获取屏幕的z，查阅一些资料也有说从屏幕fbo拷贝z在很多设备并不稳定。那么我反过来实现，我自定义两个buffer，一个color，一个depth，然后把unity的camera的渲染定向到自己的这两个buffer（为什么不只重定向depth？前面说到color和depth不能一个出于屏幕，一个出于自定义）。这样每帧绘制完透明物体后，我把depth的buffer拷贝出来就得到屏幕的z，可以给程序其他地方用了，当然最后当绘制完毕还要把color blit给屏幕，这样屏幕才看得见图像。这种做法相比多了一个从把color从自定义buffer blit到屏幕的操作，但是显然相比重新来一遍深度pass性能要高很多。

   

                   当然这里有个坑，那就是如果你的摄像机上有后处理特效，那么就不要自己最后blit color回去了，至于为什么可以参考上面2.2和2.3的规则