第一部分：
這個是3D圖形學中很重要的內容，雖然基礎，但對理解3D圖形世界非常關鍵。所以了解透徹是很有用處的。
下面先講講Z坐標。Z坐標和X、Y坐標一樣。在變換、裁減和透視除法后，Z的范圍為-1.0~1.0。DepthRange映射指定Z坐標的變換，這與用于將X和Y映射到窗口坐標的視口變換類似，但DepthRange映射又與視口映射有所不同，因為深度緩存的硬件方案對應用程序來說是隱藏的。調用DepthRange的參數是[0.0,1.0]，與一片斷相聯的Z值（深度值）表示到眼睛的距離。在默認情況下，最接近眼睛的片斷（在近截面上）被映射到0.0，離眼睛最遠的片斷（在遠截面上）映射到1.0。片斷可以映射為深度緩存范圍的子集（通過在DepthRange中指定更小的值）。映射也可以相反，這樣的話離眼睛最遠的片斷在0.0，最近的片斷在1.0（調用DepthRange(1.0,0.0))，雖然這樣反向映射是可以的，但對實際應用作用不大。
要理解為什么渲染質量上會不一致，最重要的是要理解屏幕Z坐標的特性。Z值指定了從片斷到眼睛的距離。在正交投影中距離和Z值的關系是線性的，但在透視投影中卻不是的。在透視投影中這種關系是非線性的，而且非線性的程度與Frustum函數中的far/near（或gluPerspective函數中的zFar/zNear）成比例。這種非線性在靠近近截面時增加了Z值的精度，而且增加了深度緩存的效率；但是在視見體的其它部分則降低了精度，也就減少了深度緩存的精確性。根據經驗，far/near比值大于1000會有這種不好的效果。所以一般far/near比值應小于1000。要想解決這個問題，最簡單的方法是通過將近截面遠離眼睛來降低far/near比值，其唯一的副作用是離眼睛很近的物體可能會被裁減掉，但在特定的應用程序中這很少是個問題，近截面的位置對X、Y坐標的投影沒有影響，因此這對圖像的影響很小。
還有OpenGL光柵化和深度緩存的一些其他方面值得一提。一個大問題是光柵化過程使用不精確的算法，所以很難處理共面的圖元，除非它們共享相同的平面方程。這個問題在有限精度的深度緩存實現中更加嚴重。這些問題包括：貼花(decaling)、隱藏線消除、輪廓多邊形和陰影等。不過現在已經提出許多方法來解決這些問題，如PolygonOffset技術等。
深度緩存的位數是衡量深度緩存精度的參數。深度緩存位數越高，則精確度越高，目前的顯卡一般都可支持16位的Z Buffer，一些高級的顯卡已經可以支持32位的Z Buffer，但一般用24位Z Buffer就已經足夠了。
第二部分：
? 幾乎所有目前的 3D 顯示晶片都有 Z buffer 或 W buffer。不過，還是常常可以看到有人對 Z buffer 和 W buffer 有一些基本的問題，像是 Z buffer 的用途、Z buffer 和 W buffer 的差別、或是一些精確度上的問題等等。這篇文章的目的就是要簡單介紹一下 Z buffer 和 W buffer。
Z buffer 和 W buffer 是做什么用的呢？它們的主要目的，就是去除隱藏面，也就是 Hidden surface elimination（或是找出可見面，Visible surface detemination，這是同樣意思）。在 3D 繪圖中，只要有兩個以上的三角面，就可能會出現某個三角面會遮住另一個三角面的情形。這是很明顯的現象，因為近的東西總是會遮住遠的（假設這些三角面都是不透明的）。所以，在繪制 3D 場景時，要畫出正確的結果，就一定要處理這個問題。
不過，這個問題是相當困難的，因為它牽扯到三角面之間的關系，而不只是某個三角面本身而已。所以，在做去除隱藏面的動作時，是需要考慮場景中所有的三角面的。這讓問題變得相當的妖雜。而且，三角面往往并不是整個被遮住，而常常是只有一部分被遮住。所以，這讓問題變得更妖雜。
要做到去除隱藏面的最簡單方法，就是「畫家演算法」（Painter's algorithm）。這個方法的原理非常簡單，也就是先畫遠的東西，再畫近的東西。這樣一來，近的東西自然就會蓋住遠的東西了。因為油畫的畫家通常會用這樣的方法，所以這個方法被稱為「畫家演算法」。下圖是一個例子：
上圖中，紅色的圓形最遠，所以最先畫。然后是黃色的三角形，最后是灰色的方形。照遠近的順序來畫，就可以達到去除隱藏面的效果。所以，只要把 3D 場景中的三角面，以對觀察者的距離遠近排序，再從遠的三角面開始畫，應該就可以畫出正確的結果了。
不過，實際上并沒有這么理想。在 3D 場景中，一個三角面可能有些地方遠，有些地方近，因為三角面有三個頂點，而這三個頂點和觀察者的距離，通常都是不同的。所以，要以哪個頂點來排序呢？或是以三角面的中心來排序？事實上，不管以什么為依據來排序，都可能會有問題。下圖是一個「畫家演算法」無法解決的情形：
上圖中，三個三角面互相遮住對方，所以不管用什么順序去畫，都無法得到正確的結果。另外，這個方法也無法處理三角面有交叉的情形。
當然，如果相當確定場景中不會出現這么奇怪的情形，那「畫家演算法」一般還是可以用的。不過，它還有一個很大的問題，就是效率不佳。首先，畫家演算法需要對場景中，在視角范圍內所有的三角面做一個排序的動作。最好的排序演算法也需要 O(n log n) 的時間。也就是說，（大致上來說）如果三角面的數目從一千個變一萬個，排序需要的時間會變成約 13.3 倍。而且，因為這需要對場景中所有的三角面來做，因此也不適合用特別的硬體來做加速。另外，這個方法還有一個很大的問題，就是它會花很多時間去畫一些根本就會被遮住的部分，因為每個三角面的每個 pixel 都需要畫出來。這也會讓效率變差。
如果場景是靜態（不動）的，只有觀察者會變動的話，那是有方法可以加快排序的速度。一個很常用的方法是 binary space paritioning（BSP）。這個方法需要事先對場景建立一個樹狀結構。建立這個結構后，不管觀察者的位置、角度是如何，都可以很快找出正確的繪制順序。而且，BSP 會視需要切開三角面，以處理像上圖那樣，三個三角面互相遮住對方的情形。
不過，BSP 結構在建立時，要花很多時間，所以不太可能即時運算。因此，通常只能用在場景中的靜態部分，而會動的部分還是需要另外排序。而且，BSP 常會需要切開三角面，也會讓三角面的數目增加。另外，BSP 仍然無法解決需要畫出那些被遮住的 pixel 的問題。
另一種去除隱藏面的方法，是直接以 pixel 為單位，而不是以三角面為單位，來考慮這個問題。其中最簡單的方法是由 Catmull 在 1974 年時提出來的，也就是 Z buffer（或稱 depth buffer）。這個方法非常簡單，又容易由特別設計的硬體來執行，所以在記憶體容量不再是問題后，就變得非常受歡迎。
Z buffer 的原理非常簡單。在繪制 3D 場景時，除了存放繪制結果的 frame buffer 外，另外再使用一個額外的空間，也就是 Z buffer。Z buffer 記錄 frame buffer 上，每個 pixel 和觀察者的距離，也就是 Z 值。在開始繪制場景前，先把 Z buffer 中所有的值先設定成無限遠。然后，在繪制三角面時，對三角面的每個 pixel 計算該 pixel 的 Z 值，并和 Z buffer 中存放的 Z 值相比較。如果 Z buffer 中的 Z 值較大，就表示目前要畫的 pixel 是比較近的，所以應該要畫上去，并同時更新 Z buffer 中的 Z 值。如果 Z buffer 中的 Z 值較小，那就表示目前要畫的 pixel 是比較遠的，會被目前 frame buffer 中的 pixel 遮住，所以就不需要畫，也不用更新 Z 值。這樣一來，就可以用任意的順序去畫這些三角面，即可得到正確的繪制結果。下圖是一個例子：
上圖中，紅色的三角面雖然先畫出來，但是因為使用了 Z buffer，所以后畫的黃色方塊還是只會遮住適當的部分，而不會連較近的部分都遮住。這就顯示出 Z buffer 的效果。
實際上 Z buffer 中能存放的數字當然會有一定的限度，所以通常會把 Z 值縮小到 0 ~ 1 的范圍。因此，在繪制 3D 場景時，就會需要把可能出現的 Z 值限制在某個范圍內。通常是用兩個和投影平面平行的平面，把所有超出這兩個平面范圍的三角面都切掉。這兩個平面通常分別稱為 Z near 和 Z far，分別表示較近的平面和較遠的平面。而在 Z near 平面的 Z 值為 0，在 Z far 的 Z 值為 1。
在效率上 Z buffer 并不一定會比「畫家演算法」要快。但是，它比較簡單。而且，它的效率和三角面的數目并沒有太大的關系，而是和繪制的 pixel 數目有關。所以，而且可以很容易設計出特定的 3D 硬體來做這個動作，而不需要由 CPU 來做。而 Z buffer 所需要的額外記憶體，在今天已經顯得不是很重要。所以現在幾乎所有的 3D 顯示晶片都是使用 Z buffer。
不過，Z buffer 并非全無問題。一個很大的問題是在於精確度上。如果有兩個三角面很靠近，而其中一個完全在另一個之前，那應該只能看到一個三角面才對。但是，如果 Z buffer 的精確度不夠，那這兩個三角面每個 pixel 的 Z 值可能會很接近。再加上計算出來的 Z 值一定會有誤差，所以，很可能會造成應該被遮住的三角面，卻有一些 pixel 沒有被遮住。這種情形稱為 Z fighting。下圖中，球在地面上的影子就是一個例子：
要避免這類問題，就要避免在場景中出現太過靠近，且接近平行的三角面。一般的場景不太會出現這個情形。不過，Z buffer 的精確度問題并不只是這樣而已。在下一部分會對這個問題有更詳細的說明。
前面把 Z buffer 的原理做了一個大概的說明，聽起來 Z buffer 似乎是個很理想的技術。但是，實際上 Z buffer 有一個很大的問題，就是精確度的問題。
在前一頁后面所提到的，兩個非常接近的平面所出現的 Z fighting 情形，其實是相當少見，而且很容易避免的。當然，遇而還是會看到有一些游戲會出現這種情形。不過，Z buffer 最嚴重的問題是在離觀察者較遠的部分。如果 Z buffer 的精確度不夠，而場景又很遠的的話，那遠處的東西就會出現一些非常奇怪的現象。下圖是一個例子：
Z aliasing
無 Z aliasing
當然，上面的例子是比較極端的情形。實際上一般情形下并不會有這么夸張的 Z aliasing 現象。不過，我相信大家多少都在一些場景較大的游戲中，看過類似的情形。
為什么會有這樣的現象呢？這就要從 Z buffer 的結構談起了。如果前一頁所說的，一般的顯示晶片，是把 Z 值限制在 0 ~ 1 的范圍，再用一個定點數去表示它。例如，一個 16 位元的 Z buffer，可能會用 0 ~ 65535（一個 16 位元數字可表示的范圍）來表示這個 0 ~ 1 之間的 Z 值。
如果 Z buffer 的分布在 eye space 中是線性的，也就是它的每個數字之間的間隔都相等的話，那這樣的精確度應該是蠻高的才對。因為，假設觀察者可以看到一公里遠的東西，那每個間隔就是約 1.5 公分。如果用更高精確度的數字來表示的話（像是 24 位元數字），那精確度還會更高。然而，Z buffer 在 eye space 中并不是線性的。它是在 projection space 中為線性。
如果你覺得這些聽起來像是外星話的話，現在就要來「翻譯」這些外星話。首先，先來看一張示意圖：
上圖是一個眼睛在透視投影的情形下，觀看場景中的一個紅色平面的情形。靠近眼睛的平面（上面有黃色點的）是代表投影平面，也就是 3D 繪圖中的螢幕。黃色的點紅色平面投影到螢幕上的 pixel，他們當然是等間距的。但是，注意看這些「等間距」的 pixel，他們所對映的 Z 值（也就是 Z 軸上的那些灰色的點），并不是等間距的。實際上，離眼睛愈遠的 pixel，其 Z 軸上的間距就愈大。
這其實透視投影的一個明顯的性質。因為在透視投影的情形下，愈遠的東西看起來愈小，所以，在螢幕上同樣的間距，在比較遠的地方，就會變得比較大。因此，雖然三角面是平面，但是它在每個 pixel 上的 Z 值卻不是線性的變化。因此，就無法用線性內插來計