[Zz] DX depth buffer

声明：本文完全翻译自DX SDK Documentation

depth buffer，通常被称为z-buffer或者w-buffer，是设备的一个属性，用来存储深度信息，被D3D使用。当D3D渲染一个场景到target surface的时候，它会使用depth-buffer surface上的数据，来决定被rasterized三角面片的pixel间的遮挡关系。

当depth buffer被开启，rendering surface上的每一个点都会被检测。depth buffer上的值可以是点的z坐标值，也可以是在投影空间中齐次坐标的w值。用z坐标的叫z-buffer，用w坐标值的角z-buffer。它们各有优缺点。

在深度测试开始的时候，depth buffer上的深度值被设置为场景中的最大值。rendering surface上的颜色值被设置为背景色或者背景纹理颜色。场景中的每一个三角面片都会被检测它是否跟当前的（x,y）坐标相交，如果相交，z或者w值会被检测是否比depth buffer中对应的值小，如果小，它就会被写入到depth buffer中，三角面片的颜色值会被写入到当前点的rendering surface上。

我们可以通过改变渲染状态D3DRS_ZFUNC的值，来改变D3D的比较方法，以影响depth buffer的值和render-target surface。

市面上的几乎所有减速器都支持z-buffering，使z-buffer是如今最常见的depth buffer类型。然而，无所不在的z-buffer有它的缺点。产生的z值往往不是平均分布在z-buffer 范围内（典型的是，0.0～1.0，包括0跟1）。特别的是，far跟near clipping plane非常影响z值的分布。在支持最普遍的16位depth buffer中，很容易引起远处应该被隐藏的物体显示在rendering surface上。

w-buffering就不存在这个问题，它的值会均匀分布。尤其，far跟near clipping planes的比率不再会影响w值的分布，使程序可以支持非常大的比值。当然，z-buffering不是完美的，它会引起近处本该隐藏的物体显现。另一个缺点是，w-buffering需要硬件支持，并没有z-buffering支持的那么普遍。

在渲染的时候，z-buffering是有overhead的。

Querying for Depth Buffer Support(D3D9)

如同任何特性，程序使用的驱动可能并不支持所有类型的depth buffering。总是要检查驱动的能力，尽管大部分驱动支持z-based buffering，但是并不一定支持w-based buffering。如果你尝试打开一个不支持的特性，驱动并不会崩溃。驱动可能fall back到一个它支持的depth buffering。

在创建设备之前，你可以使用D3D对象检查一下所支持的depth buffering。如果D3D对象告诉说，它支持depth buffering，那么它创建的任何设备都会支持的。

// The following example assumes that pCaps is a valid pointer to an
// initialized D3DCAPS9 structure
if(FAILED(m_pD3D->CheckDeviceFormat(pCaps->AdapterOrdinal,
                                                                        pCaps->DeviceType,
                                                                        AdapterFormat,
                                                                        D3DUSAGE_DEPTHSTENCIL,
                                                                        D3DRTYPE_SURFACE,
                                                                        D3DFMT_D16)))
        return E_FAIL;

同样，我们可以检测depth-stencil的支持情况。

// Reject devices that cannot create a render target of RTFormat while
// the back buffer is of RTFormat and the depth-stencil buffer is
// at least 8 bits of stencil
if(FAILED(m_pD3D->CheckDepthStencilMatch(pCaps->AdapterOrdinal, pCaps->DeviceType, AdapterFormat, RTFormat, D3DFMT_D24S8)))
     return E_FAIL;

Create a Depth Buffer

depth buffer是设备的一个属性。要创建一个被D3D管理的depth buffer，对D3DPRESENT_PARAMETERS结构体进行恰当设置。

D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;
ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );
d3dpp.Windowed = TRUE;
d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_COPY;
d3dpp.EnableAutoDepthStencil = TRUE;
d3dpp.AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16;

通过设置EnableAutoDepthStencil = TRUE,我们命令D3D管理程序的depth buffer。AutoDepthStencilFormat = D3DFMT_D16 必须是一个有效并支持的depth buffer 格式。D3DFMT_D16是一个16位的depth buffer。

if( FAILED( g_pD3D->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd, D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING, &d3dpp, &d3dDevice ) ) ) return E_FAIL;

如上代码会创建一个，创建depth buffer的设备。

depth buffer会自动被设为设备的render target。当设备重设后，depth buffer会被自动释放并重新创建，以新的大小。

要创建一个新的depth buffer surface，使用IDirect3DDevice9::CreateDepthStencilSurface。
要将新的depth buffer设置到设备上，用IDirect3DDevice9::SetDepthStencilSurface。
要使用depth buffer在我们程序中，我们需要打开 depth buffer。

Enabling Depth Buffering

在创建好depth buffer后，如果要打开depth buffer，我们可以调用IDirect3DDevice9::SetRenderState方法。设置render state的D3DRS_ZENABLE。
D3DZB_FALSE
Disable depth buffering.
D3DZB_TRUE
Enable z-buffering.
D3DZB_USEW
Enable w-buffering.
 
Retrieving a Depth Buffer

获取一个指向depth buffer surface的指针。
LPDIRECT3DSURFACE9 pZBuffer;

m_d3dDevice->GetDepthStencilSurface( &pZBuffer );

Clearing Depth Buffer

许多C++程序在渲染新的frame前都会清理depth buffer。我们可以显式地清理depth buffer通过调用IDirect3DDevice9::Clear，指明D3DCLEAR_ZBUFFER标签，同时，我们可以指定一个任意深度值。

Changing Depth Buffer Write Access

默认情况下，D3D是允许写depth buffer。不过，我们可以disable这个写的权限，来获得某些特效。

通过调用IDirect3DDevice9::SetRenderState，用参数D3DRS_ZWRITEENABLE，值为0。

Changing Depth Buffer Comparison Functions

默认情况下，在rendering surface上进行深度测试时，如果相应的深度值（z/w）小于depth buffer上的，D3D系统就会更新render-target上相应的点。我们可以更改深度值的比较方法。

通过调用IDirect3DDevice9::SetRenderState，用参数D3DRS_ZFUNC，值为D3DCMPFUNC枚举类型中一个。