Depth of field(DOF)的算法具体怎么推导的？

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我有个GLSL的后处理功能，分别有两个Pass，第一个Pass做高斯模糊，第二个Pass通过给定World Position(如A点)并结合Depth Texture反推片元的世界坐标(B)，然后B-A的结果进行length计算，再进行smoothstep，如果length的计算结果超出一定的值，则smoothstep的结果为模糊状态，如果小于一定的值则为原纹理的颜色。类似：

float blur =
  smoothstep
  (cocParams.x
    , cocParams.y
    , length(worldPos - vec4(focus.xyz, 1.0))
  );
  fragColor = mix(screenPixel, blurPixel, blur);

如何通过这一整个过程，换成标准的DOF算法？

风雨独行18
1 Answers

深度景深（Depth of Field, DOF）的算法是基于光学原理来模拟真实世界中的相机效果。在计算机图形学中，实现DOF通常涉及以下几个步骤：计算每个像素的景深系数（COC, Circle of Confusion），以及根据该系数决定是否对像素应用模糊效果。你描述的过程已经包含了几个关键步骤，但要完全转换成标准的DOF算法，还需要进一步完善。

景深的基本原理

景深是指在摄影中，当一个镜头对焦于某个距离时，图像仍然显得“足够清晰”的前后范围。这个范围内的物体因为落在了相机传感器的“景深”范围内而看起来是清晰的，而超出这个范围的物体则会变得模糊。

将你的过程转换为标准DOF算法

1. 计算景深系数（Circle of Confusion, COC）

首先，你需要计算每个像素的COC大小。这通常基于以下因素：

  • 物体到相机的距离（Z深度）
  • 物体与焦点的距离
  • 相机的焦距、光圈大小等参数

假设你已经有了一个函数calculateCOC来计算COC大小，这个函数可以接受焦点位置、当前像素的世界位置、以及相机的相关参数作为输入。

2. 应用模糊

在你的代码中，你使用了一个smoothstep函数来判断是否应该应用模糊效果。这实际上是一个简化版的DOF实现。为了更精确地控制模糊效果，你可以根据COC大小来决定模糊的程度。

// 假设 calculateCOC 返回的是 COC 的大小
float cocSize = calculateCOC(focusPosition, worldPos, cameraParams);

// 根据 COC 大小调整模糊程度
float blurAmount = clamp(cocSize / maxCOCSize, 0.0, 1.0); // maxCOCSize 是你设定的最大 COC 大小

// 使用 blurAmount 来混合清晰和模糊图像
fragColor = mix(screenPixel, blurPixel, blurAmount);

这里的关键是calculateCOC函数，它需要根据你的具体需求来实现。例如，你可以根据景深公式来计算COC大小：

\( Coc=((Zobj-Zfocus)/focalLength) * apertureSize \)

其中，\( Zobj \) 和 \( Zfocus \) 分别是物体和焦点的位置，\( focalLength \) 是焦距，\( apertureSize \) 是光圈大小。

结论

将你的现有过程转换为标准的DOF算法，主要是引入了景深系数的计算，并根据这个系数来调整模糊效果的强度。这样可以使你的模糊效果更加自然和逼真，更接近真实世界的相机效果。

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