Unity Shader 深度重建世界坐标
只用一张深度图就能还原每个像素对应的世界空间位置：用 NDC 坐标 + 逆 VP 矩阵反算。这是 SSAO、SSR、体积雾等所有屏幕空间效果的底层基础。
一、核心原理
当我们渲染一个 3D 场景时，GPU 会将顶点从世界空间变换到屏幕空间，这个过程涉及 View 矩阵和 Projection 矩阵。深度重建的本质就是反向这个过程。
Pworld = (VP)-1 × Pndc
世界坐标 = 逆 View-Projection 矩阵 × 标准化设备坐标
为什么不用线性深度？透视投影的非线性深度分布使得直接反算不可行。NDC 深度值 [0,1] 对应的是经过透视除法的齐次坐标，只有逆 VP 矩阵才能正确还原原始的 3D 位置。
二、完整实现代码
下面是一个完整的 Shader 实现，使用 URP 的内置函数和属性来重建世界坐标。
using UnityEngine; using UnityEngine.Rendering; using UnityEngine.Rendering.Universal; public class DepthReconstructionFeature : ScriptableRendererFeature DepthReconstructionPass m_ScriptablePass; public override void Create() { m_ScriptablePass = new DepthReconstructionPass(); m_ScriptablePass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques; } public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData) { m_ScriptablePass.Setup(renderer.cameraDepthTexture); renderer.EnqueuePass(m_ScriptablePass); } }using UnityEngine; using UnityEngine.Rendering; using UnityEngine.Rendering.Universal; public class DepthReconstructionFeature : ScriptableRendererFeature DepthReconstructionPass m_ScriptablePass; public override void Create() { m_ScriptablePass = new DepthReconstructionPass(); m_ScriptablePass.renderPassEvent = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques; } public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData renderingData) { m_ScriptablePass.Setup(renderer.cameraDepthTexture); renderer.EnqueuePass(m_ScriptablePass); } } DepthReconstructionPass.cs using UnityEngine; using UnityEngine.Rendering; using UnityEngine.Rendering.Universal; public class DepthReconstructionPass : ScriptableRenderPass private Shader m_Shader; private Material m_Material; private RTHandle m_DepthTexture; public void Setup(RTHandle depthTexture) { m_DepthTexture = depthTexture; m_Shader = Shader.Find("Hidden/DepthReconstruction"); } public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData renderingData) { if (m_Shader == null) return; if (m_Material == null) m_Material = new Material(m_Shader); ref CameraData cameraData = ref renderingData.cameraData; Matrix4x4 invVP = cameraData.camera.projectionMatrix * cameraData.camera.worldToCameraMatrix; invVP = invVP.inverse; m_Material.SetMatrix("_InvVP矩阵", invVP); m_Material.SetTexture("_CameraDepthTexture", m_DepthTexture); // 在此处绘制全屏Quad进行深度重建 } }Shader "Hidden/DepthReconstruction" Properties { _MainTex ("Screen Texture", 2D) = "white" {} } CGINCLUDE #include "UnityCG.cginc" // ============================================ // 核心方法：从深度图重建世界坐标 // ============================================ float3 ReconstructWorldPosition(float2 uv, float rawDepth) { // 步骤1：构建 NDC 坐标 // 将屏幕UV转换为NDC空间 [-1, 1] float2 ndc = uv * 2.0 - 1.0; // 步骤2：构造齐次坐标 // NDC_z 已经经过透视除法，需要恢复为 clip space float4 clipPos = float4(ndc.x, ndc.y, rawDepth * 2.0 - 1.0, 1.0); // 步骤3：逆变换到世界空间 // 乘以逆 VP 矩阵 float4 worldPos = mul(_InvVP, clipPos); // 步骤4：透视除法 // w 分量保存原始深度信息，除以它得到真实坐标 worldPos /= worldPos.w; return worldPos.xyz; } ENDCG三、矩阵变换详解
理解 VP 矩阵及其逆矩阵是掌握深度重建的关键。下面的流程图展示了完整的变换链路：
1
世界矩阵 (M)
模型自身变换
2
视图矩阵 (V)
相机坐标系变换
3
投影矩阵 (P)
透视/正交投影
性能提示：逆 VP 矩阵可以在 C# 端预计算并传递给 Shader，避免在 GPU 上进行昂贵的矩阵求逆运算。
| 矩阵 | 作用 | 输入空间 | 输出空间 |
|---|---|---|---|
| View (V) | 将世界坐标转换到相机视角 | World Space | View Space |
| Projection (P) | 将视图坐标投影到裁剪空间 | View Space | Clip Space |
| VP | 组合变换，一步到位 | World Space | Clip Space |
| (VP)⁻¹ | 逆向重建世界坐标 | NDC Space | World Space |
四、应用场景
深度重建是众多屏幕空间技术的基石。掌握这项技术后，你可以实现以下效果：
SSAO
Screen Space Ambient Occlusion
屏幕空间环境光遮蔽
SSR
Screen Space Reflections
屏幕空间反射
体积雾
Volumetric Fog
基于深度的雾效计算
SSAO 实现要点
性能提示：逆 VP 矩阵可以在 C# 端预计算并传递给 Shader，避免在 GPU 上进行昂贵的矩阵求逆运算。 矩阵 作用 输入空间 输出空间 View (V) 将世界坐标转换到相机视角 World Space View Space Projection (P) 将视图坐标投影到裁剪空间 View Space Clip Space VP 组合变换，一步到位 World Space Clip Space (VP)⁻¹ 逆向重建世界坐标 NDC Space World Space 四、应用场景 深度重建是众多屏幕空间技术的基石。掌握这项技术后，你可以实现以下效果： SSAO Screen Space Ambient Occlusion 屏幕空间环境光遮蔽 SSR Screen Space Reflections 屏幕空间反射 体积雾 Volumetric Fog 基于深度的雾效计算 SSAO 实现要点 SSAO.frag (片段着色器) // 采样周围多个点进行深度比较 float CalculateAO(float2 uv, float3 normal) { float ao = 0.0; // 获取当前像素的世界坐标 float depth = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, uv); float3 currentPos = ReconstructWorldPosition(uv, depth); // 在半球方向采样多个点 for (int i = 0; i < 16; i++) { float3 sampleDir = GetHemisphereSample(i, normal); float3 samplePos = currentPos + sampleDir * radius; // 将采样点投影回屏幕空间 float2 sampleUV = ProjectToScreen(samplePos); float sampleDepth = SAMPLE_TEXTURE2D(_CameraDepthTexture, sampleUV); // 深度差异决定遮蔽程度 float rangeCheck = smoothstep(0.0, 1.0, radius / abs(currentPos.z - samplePos.z)); ao += (samplePos.z < currentPos.z ? 1.0 : 0.0) * rangeCheck; } return 1.0 - (ao / 16.0); }五、关键要点总结
NDC 坐标转换
uv * 2.0 - 1.0 是将 [0,1] 范围映射到 [-1,1] 的标准操作
透视除法不可省略
w 分量保存了原始深度信息，必须除以 w 才能得到正确的世界坐标
逆矩阵计算时机
建议在 C# 端计算逆矩阵并通过 SetMatrix 传递，避免 GPU 端的矩阵求逆开销
深度纹理格式
确保在 URP Asset 中开启 Depth Texture，否则 m_DepthTexture 将为 null
SRP Batcher 兼容性
使用常量缓冲区传递矩阵时，需确保格式兼容以获得最佳性能
六、URP 配置要点
要在 URP 中使用深度重建功能，需要正确配置渲染管线资产：
1
打开 URP Asset
选中你的 URP Renderer Asset
2
启用 Depth Texture
勾选 "Depth Texture" 选项
代码中启用深度纹理（备选方案）：
// 在你的 Renderer 的 BeginCameraRendering 中 var cameraData = renderingData.cameraData; if (cameraData.cameraType == CameraType.Game) { cameraData.camera.depthTextureMode |= DepthTextureMode.Depth; }