基于法线的相邻像素深度投影问题：卡通游戏描边异常排查

我正在为一款低分辨率卡通风格游戏开发屏幕空间描边效果。作为HLSL编程和全屏Shader Graph的新手，我通过教程实现了基于深度的描边（即绘制相机近处与远处表面间的线条），但遇到了一个问题：当表面与视角夹角极小时，表面上相邻像素的深度差异会被系统检测为边缘，导致整个表面被涂黑。

当前系统的逻辑是：每个像素检查其四个相邻像素，若任一相邻像素的实际深度比“假设该像素位于当前像素法线所在平面”的预期深度更近，则将当前像素设为描边色。以下是HLSL代码：

//Return 1 if any of the current pixel's neighbors are closer to the camera than would be expected if they were both on a plane
//with the current pixel's normal
void Depth4Neighbors_float(float2 UV, float pixelSize, out float Out)
{
    float depth = LinearEyeDepth(SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_DEPTH(UV), _ZBufferParams);

    [unroll] for(int i = 0; i < 4; ++i)
    {
        float expectedNeighborDepth = depth - SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_NORMAL(UV) * pixelSize * fourNeighborsSamplePoints[i];
        float neighborDepth = LinearEyeDepth(SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_DEPTH(UV + fourNeighborsSamplePoints[i] * pixelSize), _ZBufferParams);

        if(neighborDepth < expectedNeighborDepth)
        {
            Out = 1;
            return;
        }
    }

    Out = 0;
}

我搭配了对应的Shader Graph（包含子图和全屏图），但运行后几乎所有非直面相机的表面都被描边覆盖（描边色设为透明红时的效果如图所示）。

我尝试过添加阈值（仅当预期深度与实际深度差超过一定值时才绘制描边），但无论调整什么阈值，都无法在保留边缘敏感度的同时消除该问题，且我需要实现类似《Pizza Tower》的精确1像素描边（因此未使用Sobel算子等方法）。我已确保渲染通道能访问场景深度和法线信息。

请问是计算expectedNeighborDepth的数学逻辑有误、存在坐标空间错误（我找不到SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_...函数的文档）、整体思路存在根本性缺陷，还是其他问题？

1. 核心问题：坐标空间不匹配 #

你的expectedNeighborDepth计算逻辑存在根本性错误——直接用法线（3D向量）和2D像素偏移量做运算，完全忽略了坐标空间的差异：

• SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_NORMAL返回的是世界空间或视图空间的3D法线向量，而fourNeighborsSamplePoints是2D屏幕UV的偏移方向。两者维度不同，直接相乘毫无意义，导致预期深度计算完全错误。
• 低角度表面的法线和视角方向夹角大，错误的计算会让预期深度和实际深度的差值被无限放大，最终整个表面都被判定为边缘。

2. 正确的预期深度计算逻辑 #

要计算同一平面上相邻像素的预期深度，需要把2D的UV偏移转换到视图空间的3D方向，再结合法线计算深度变化，修正后的HLSL逻辑框架如下：

void Depth4Neighbors_float(float2 UV, float pixelSize, out float Out)
{
    // 获取当前像素的线性眼空间深度
    float depth = LinearEyeDepth(SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_DEPTH(UV), _ZBufferParams);
    // 获取视图空间法线（Shader Graph中需设置法线纹理输出为视图空间）
    float3 viewNormal = normalize(SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_NORMAL(UV));
    // 反推视图空间位置
    float3 viewPos = ComputeViewSpacePosition(UV, depth, _ZBufferParams);

    [unroll] for(int i = 0; i < 4; ++i)
    {
        float2 uvOffset = fourNeighborsSamplePoints[i] * pixelSize;
        // 计算相邻像素的视图空间偏移
        float3 viewOffset = ComputeViewSpacePosition(UV + uvOffset, depth, _ZBufferParams) - viewPos;
        // 将偏移点投影到当前法线平面上，得到预期位置
        float3 expectedViewPos = viewPos + viewOffset - dot(viewOffset, viewNormal) * viewNormal;
        // 转换为预期深度（视图空间z轴通常指向相机外，深度为负z）
        float expectedNeighborDepth = -expectedViewPos.z;
        
        float neighborDepth = LinearEyeDepth(SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_DEPTH(UV + uvOffset), _ZBufferParams);
        // 添加合理阈值，避免平面内的微小误差
        float depthDiff = abs(neighborDepth - expectedNeighborDepth);
        if(depthDiff > 0.01) // 阈值可根据游戏分辨率调整
        {
            Out = 1;
            return;
        }
    }

    Out = 0;
}

3. 针对《Pizza Tower》风格的优化 #

《Pizza Tower》的描边是基于物体边缘而非深度突变，你可以结合以下两点优化：

• 加入法线差异检测：同时对比当前像素和相邻像素的法线夹角，只有当深度差超过阈值且法线夹角超过15°-30°时，才判定为边缘，避免平面误判。
• 固定像素对齐阈值：低分辨率游戏中，直接用pixelSize * 0.2作为深度阈值基准，匹配像素级的精度需求，确保描边是精确的1像素宽度。

4. 关于SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_...函数的说明 #

这些是Shader Graph内置的场景数据采样函数：

• SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_DEPTH(UV)：采样当前相机的深度纹理，返回非线性深度值，必须用LinearEyeDepth转换为线性眼空间深度才能进行正确计算。
• SHADERGRAPH_SAMPLE_SCENE_NORMAL(UV)：采样场景的法线纹理，默认返回世界空间法线，你可以在Shader Graph的「Graph Settings」中把「Normal Space」切换为「View」，直接获取视图空间法线，减少坐标转换的麻烦。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TT87