有这样一个物理现象，镜头对准被摄物体对焦，在底片上有清晰的成像，然而，在焦点前后一段短距离内的物体，在底片上仍然能得到较清晰的成像，离焦点更远的地方，光线开始扩散，影象变成模糊的，形成一个扩大的圆。这个圆叫做弥散圆。在焦点前后短距离内仍能得到较清晰的成像，是因为在这段距离内，弥散圆的直径比较小，在底片上人眼识别不出来。人眼不能识别的最大弥散圆直径称为允许弥散圆直径。在焦点前后，允许弥散圆直径之间的距离叫做焦深，前焦深和后焦深对应的物距之差就是景深，即Depth of Field（DOF）。如下图：
图1 景深(Depth of field)，弥散圆(Circle of confusion)
景深与镜头焦距、光圈及物距有密切的关系。如果摄影师为了突出主题，都会选择大光圈，中焦距摄影，这时，只有对焦主体有清晰成像。
知道景深的由来之后，我们就可以在实时渲染领域模拟景深效果。景深是一个PostProcess，一般是一下几步骤：
1.按普通方法渲染场景，但不是渲染到backbuffer，而是渲染到texture，供景深PostProcess使用。
2.把场景的深度渲染到texture，供景深PostProcess使用。当然了，如果API直接提供sample depth buffer的能力，这个步骤就可以省去。
3.根据场景每个像素的深度，调整像素的模糊程度，模拟景深效果。
以下是实现及细节。
步骤1及步骤2使用MRT方法同时进行，场景的texture使用X8R8G8B8格式，depth texture我建议使用浮点格式，例如R32F，这样做可以保证足够的精度，缺点是需要硬件支持；也可以使用RGB格式，不过要进行数据压缩，增加运算量。以下是示例程序的场景texture及depth texture(R32F):
图2 场景texture，茶煲使用Instancing在一次DrawIndexedPrimitive内完成所有渲染
图3 Depth texture 格式R32F
需要注意的是，这里的Depth Texture记录的是normalized device coordinate(NDC)下的depth。我在步骤3通过NDCDepth恢复view position，计算离view point的距离，决定像素的模糊程度。另一个需要注意的地方是，渲染场景texture时，可以使用硬件特性生成mipmap chain，用mipmap chain模拟弥散圆。步骤3根据view point距离，使用tex2Dlod拾取这个mipmap chain，实现像素模糊。这个方法是最简便的方法，效率最高，但也是效果最差的方法，本文后面将有效果对比。
步骤3，从depth texture恢复view position(具体方法见我的随笔《Deferred Shading》)，计算view point的距离，再根据外部参数(对焦距离、模糊系数、景深深度)决定像素的模糊程度。如果在渲染场景texture时已生成mipmap chain，这里就可以使用tex2Dlod得到模糊的像素。如果没有生成mipmap chain，就要对场景texture进行模糊处理得到模糊texture。使用经过模糊处理的texture与原有的场景texture，根据之前计算出来的模糊程度进行线性插值，得到像素最终的颜色。注意，模糊处理所使用的filter直接影响景深效果，下面是mipmap chain和8次3x3 box filter的效果对比：
图4 Mipmap chain 模糊，锯齿较严重
图5 3x3 box filter 模糊，效果很自然(示例程序没有对采样texture边缘做特殊处理)
这个是程序最终截图：
图6 最终截图
其中Focal distance是对焦距离，对焦距离不是焦距，对焦距离是指对焦物体到焦平面的距离。调整对焦距离，可以使近景或远景得到清晰成像。调整对焦距离其实就是相机里“对焦”这一过程，对焦并没有改变镜头的焦距。相机通过细微调整镜头与底片之间的距离，使被摄物体在底片上有清晰成像，以完成对焦动作。Blur factor是模糊系数，决定场景的最大模糊程度，这个由mipmap chain最顶层(如果使用mipmap chain实现模糊)或模糊处理过的场景texture决定。Depth of field调整景深大小。通过调整Blur factor及Depth of field可模拟镜头光圈效果，当然了，如果配合HDR就更逼真了。
不足之处：1.这种景深实现手段始终无法逼真模拟弥散圆效果(见下图)
弥散圆并不是简单的模糊，而且弥散圆的形状与光圈形状有关。2. 实际上，前后景深并不是对称的，通常前景深较浅，也就是说前景模糊程度比背景要厉害些。
最后，示例程序使用DXUT、DirectX9接口，硬件要求SM3.0、MRT(RT>= 2)、D3DFMT_R32F，纹理取自DirectX SDK。示例程序源代码在这里。