moderngl环境下OpenGL深度测试结果不符合预期问题排查

核心原因是你混淆了归一化设备坐标（NDC）的z值范围和深度缓冲区存储的窗口深度值范围，两者之间存在固定管线自动执行的线性映射，不是直接相等的关系。

写入gl_Position的坐标属于裁剪坐标，因为你设置w=1，透视除法后得到的NDC坐标z值和你写的position.y完全一致，范围是[-0.5, 0.5]。但NDC坐标的z分量取值范围约定为[-1, 1]（对应近平面到远平面），在进入深度测试前，硬件会自动执行视口深度映射，把[-1,1]的NDC z值线性转换到[0,1]的窗口深度区间（默认glDepthRange设置为0到1），转换公式为：

窗口深度值 = (NDC_z + 1) / 2

这个转换和gl_Position的w分量是否为1没有关系，w只影响透视除法步骤，透视除法完成后无论w值是多少，都会执行这一步深度范围映射。

你的测试现象完全符合这个映射规则 #

把你代码里的顶点z值代入公式计算，就能对应上所有观测结果：

• 四边形底部顶点y=-0.5，NDC_z=-0.5，对应窗口深度值 = (-0.5 + 1)/2 = 0.25
• 四边形顶部顶点y=0.5，NDC_z=0.5，对应窗口深度值 = (0.5 + 1)/2 = 0.75
  也就是说你的四边形渲染时，所有片元的实际深度值是从底部0.25线性过渡到顶部0.75：

1. 清空深度为0.25、深度函数设为>时：所有片元深度≥0.25，除了最底部边缘线外全部满足测试条件，因此显示几乎完整的四边形，不会出现你预期的遮挡底部四分之一的效果
2. 清空深度为0.25、深度函数设为<时：没有片元深度小于0.25，因此四边形完全不可见
3. 清空深度改为0.5时：深度0.5刚好对应四边形y=0的水平中线，深度函数为>时只有上半部分（深度0.5_{0.75）通过测试，深度函数为`<`时只有下半部分（深度0.25}0.5）通过测试，和你观测到的半屏显示效果完全一致。

实现预期效果的调整方法 #

如果你想让自定义的z值直接对应[0,1]范围的深度值，只需要在顶点着色器里手动把目标深度值转换到NDC要求的[-1,1]范围即可。比如你最初想让深度值随y坐标从底部到顶部在0~1之间线性变化，只需要把gl_Position的z值做如下修改：

// 目标深度depth = y + 0.5（y=-0.5时depth=0，y=0.5时depth=1）
// NDC_z = depth * 2 - 1 = 2*(y+0.5) -1 = 2*y
gl_Position = vec4(position, 2 * position.y, 1.0);

修改后再测试：清空深度为0.25、深度函数为>时，深度小于0.25的区域（对应y < -0.25，也就是底部四分之一高度）会被遮挡，就和你最初的预期一致了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user2649681