gl_FragCoord和gl_FragDepth分別是片元著色器的輸入和輸出變量。
gl_FragCoord是個vec4,四個分量分別對應x, y, z和1/w。其中,x和y是當前片元的窗口相對坐標,不過它們不是整數,小數部分恒為0.5。x - 0.5和y - 0.5分別位于[0, windowWidth - 1]和[0, windowHeight - 1]內。windowWidth和windowHeight都以像素為單位,亦即用glViewPort指定的寬高。w即為乘過了投影矩陣之后點坐標的w,用于perspective divide的那個值。gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w可以得到當前片元和camera之間的距離。參見Fog in GLSL page 4。
gl_FragCoord.z是固定管線計算出的當前片元的深度。它已經考慮了多邊形偏移,并經過了投影變換。它位于[0.0, 1.0]之間。如果用gl_FragColor = vec4(vec3(gl_FragCoord.z), 1.0)將其可視化,多半會看到一片白。這是由于變換的非線性,大多數點的深度都非常接近于1。用gl_FragColor = vec4(vec3(pow(gl_FragColor.z, exp)), 1.0)并將exp取為合適的值,就能看到從黑到白的深度變化了。距離觀察者近的顏色深,接近0.0;距離觀察者遠的顏色淺,接近1.0;這說明一直以來的右手坐標系在投影變換后變成了左手坐標系。關于深度的變換和精確性參見OpenGL FAQ - 12 The Depth Buffer。
根據GLSLangSpec.Full.1.30.08(p61),gl_FragCoord.z是固定功能計算所得的結果。如果片元著色器不寫gl_FragDepth,那么這個值將用在后續處理中。OpenGL Shading Language提到(p104),即使將gl_FragCoord.z賦值給gl_FragDepth也不能保證產生和固定功能完全相同的值。但是,可以保證相對正確。加之片元著色器一旦寫入gl_FragDepth,就必須保證在每個分支都有寫入。因此,如果一個著色器需要在某些條件下自己計算深度,其它條件下的正確做法就是gl_FragDepth = gl_FragCoord.z。
在OpenGL的固定管線中,深度坐標是在視口變換期間變換到glDepthRange指定的范圍之內(OpenGL編程指南-原書第五版,88頁)。視口變換也就是光柵化(Rasterization),在進行到片元著色器的時候自然已經編碼完畢了。
自行計算片元深度可以用下面的方法(參考OpenGL FAQ - 12 The Depth Buffer):
-
- varying vec4 position;
- void main(void)
- {
- position = gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex;
- gl_Position = ftransform();
- }
-
- uniform float zFar;
- uniform float zNear;
- varying vec4 position;
- void main()
- {
- float zDiff = zFar - zNear;
- float interpolatedDepth = (position.w / position.z) * zFar * zNear / zDiff + 0.5 * (zFar + zNear) / zDiff + 0.5;
- gl_FragColor = vec4(vec3(pow(interpolatedDepth, 15.0)), 1.0);
- }
這樣計算出的深度與gl_FragCoord.z基本一致。