OpenGL 正背面剔除与深度测试

首先绘制一个天天圈用于测试

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    if (iCull) {
        //正背面剔除
        glEnable(GL_CULL_FACE); //开启
        glFrontFace(GL_CCW); //默认值 可以不填
        glCullFace(GL_BACK); //默认值 可以不填
    } else {
        glDisable(GL_CULL_FACE); //关闭  会影响整个工程 用完需要关闭
    }
    
    if (iDepth) {
        //深度测试
        glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    } else {
        glDisable(GL_DEPTH_TEST); //关闭  会影响整个工程 用完需要关闭
    }
    
    modelViewMatix.PushMatrix(viewFrame);
    
    //设置颜色
    GLfloat vRed[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
    
    //默认光源着色器
    //通过光源、阴影效果跟提现立体效果
    //参数1：GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT 默认光源着色器
    //参数2：模型视图矩阵
    //参数3：投影矩阵
    //参数4：基本颜色值
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT,transformPipeline.GetModelViewMatrix(),transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vRed);
    
    torusBatch.Draw();
    modelViewMatix.PopMatrix();
    
    glutSwapBuffers();

甜甜圈

进行旋转后会出现奇异的现象

奇怪的现象

在绘制3D场景的时候,我们需要决定哪些部分是对观察者可⻅的,或者哪些部分是对观察者不可⻅的.对于不可⻅的部分,应该及早丢弃.例如在⼀个不透明的墙壁后,就不应该渲染.这种情况叫做隐藏⾯消除

解决方案

通过顶点顺序告诉OpenGL正面和背面

正面/背面区分 分析

代码调整

//正背面剔除
glEnable(GL_CULL_FACE); //开启

开启正背面剔除

这个功能会影响整个功能，使用完需要手动关闭

glDisable(GL_CULL_FACE); //关闭

这样操作后能解决一部分问题，但是会出现另一种现象

奇怪的现象2

这是OpenGL将后面方向的面认为是正面，实际后方的那一面也确实是正面，但前方的面也是正面，导致OpenGL渲染出现了视觉上的错误，因此需要使用深度测试

深度就是该像素点在3D世界中距离摄像机的距离，Z值。

深度缓存区，就是⼀块内存区域,专⻔存储着每个像素点(绘制在屏幕上的)深度值，当观察者在Z轴正方向时，深度（Z值）越大，则离摄像机越近；当观察者在Z轴负方向时，深度（Z值）越小，则离摄像机越近。

深度缓冲区(DepthBuffer)和颜⾊缓存区(ColorBuffer)是对应的，颜⾊缓存区存储像素的颜⾊信息，⽽深度缓冲区存储像素的深度信息，在决定是否绘制⼀个物体表⾯时，⾸先要将表⾯对应的像素的深度值与当前深度缓冲区中的值进⾏⽐较，如果⼤于深度缓冲区中的值，则丢弃这部分，否则利⽤这个像素对应的深度值和颜⾊值，分别更新深度缓冲区和颜⾊缓存区。 这个过程称为”深度测试”。

开启了深度测试，则在绘制每个像素之前，OpenGL 会把它的深度值与⽬前像素点对应存储的深度值进⾏⽐较。如果像素点新对应深度值 < 像素点对应的深度值 (意思⽐较当前2个图层时， 那个图层更加接近于观察者) 那么此时就会将该像素点的深度值进⾏取⽽代之；反之，如果像素点上的新颜⾊值如果距离观察者更远，则应该会遮挡.。那么此时它所对应的深度值与颜⾊值就会被抛弃，不进⾏绘制。

深度缓存区的默认值为1.0
深度值的范围是[0,1]之间

代码开启深度测试

glEnable(GL_DEPTH_TEST)

可以通过glDepthFunc(GLenum func)来修改深度测试的测试规则

参数	说明
GL_ALWAYS	总是通过测试
GL_NEVER	总是不通过测试
GL_LESS	当前深度值 < 存储的深度值时通过
GL_EQUAL	当前深度值 = 存储的深度值时通过
GL_LEQUAL	当前深度值 <= 存储的深度值时通过
GL_GREATER	当前深度值 > 存储的深度值时通过
GL_NOTEQUAL	当前深度值 != 存储的深度值时通过
GL_GEQUAL	当前深度值 >= 存储的深度值时通过

同样会影响整个工程，使用后需要关闭

glDisable(GL_DEPTH_TEST); //关闭  会影响整个工程 用完需要关闭

结果图

Z-fighting

因为开启深度测试后，OpenGL 就不会再去绘制模型被遮挡的部分。这样实现的显示更加真实，但是由于深度缓冲区精度的限制对于深度相差⾮常⼩的情况下。(例如在同⼀平⾯上进⾏2次制)，OpenGL 就可能出现不能正确判断两者的深度值，会导致深度测试的结果不可预测，显示出来的现象时交错闪烁.的前⾯2个画⾯，交错出现。

结局方案 - 多边形偏移（Polygon Offset）

让深度值之间产生间隔，如果2个图形之间有间隔，就意味着不会产生干涉，可以理解为在执行深度测试前将立方体的深度值做一些细微的增加，就能将重叠的2个图形深度值之间有所区分。

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);

参数列表
GL_POLYGON_OFFSET_POINT 对应模式：GL_POINT
GL_POLYGON_OFFSET_LINE 对应模式：GL_LINE
GL_POLYGON_OFFSET_FILL 对应模式：GL_FILL

glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL); //关闭

指定偏移量

• 通过glPolygonOffset 来指定。glPolygonOffset 需要2个参数: factor , units

• 每个Fragment 的深度值都会增加如下所示的偏移量:
  Offset = ( m * factor ) + ( r * units);
  m : 多边形的深度的斜率的最⼤值,理解⼀个多边形越是与近裁剪⾯平⾏,m 就越接近于0.
  r : 能产⽣于窗⼝坐标系的深度值中可分辨的差异最⼩值.
  r 是由具体是由具体OpenGL 平台指定的 ⼀个常量.

• ⼀个⼤于0的Offset 会把模型推到离你(摄像机)更远的位置,相应的⼀个⼩于0的Offset 会把模型拉近

• ⼀般⽽⾔,只需要将-1 和 -1 这样简单赋值给glPolygonOffset 基本可以满⾜需求.

预防Z-fighting

• 不要将两个物体靠的太近，避免渲染时三⻆形叠在⼀起。这种⽅式要求对场景中物体插⼊⼀个少量的偏 移，那么就可能避免ZFighting现象。例如上⾯的⽴⽅体和平⾯问题中，将平⾯下移0.001f就可以解决 这个问题。当然⼿动去插⼊这个⼩的偏移是要付出代价的。

• 尽可能将近裁剪⾯设置得离观察者远⼀些。上⾯我们看到，在近裁剪平⾯附近，深度的精确度是很⾼ 的，因此尽可能让近裁剪⾯远⼀些的话，会使整个裁剪范围内的精确度变⾼⼀些。但是这种⽅式会使离 观察者较近的物体被裁减掉，因此需要调试好裁剪⾯参数。 使⽤更⾼位数的深度缓冲区，通常使⽤的深度缓冲区是24位的，现在有⼀些硬件使⽤使⽤32/64位的缓冲区。

• 使⽤更⾼位数的深度缓冲区，通常使⽤的深度缓冲区是24位的，现在有⼀些硬件使⽤使⽤32/64位的缓 冲区，使精确度得到提⾼。