面剔除（Face culling）

• OpenGL会检查所有面片，渲染那些面向视角的面片而丢弃那些背向的，减少片元着色器的调用次数。而这正是面剔除（face culling） 所做的。

1. 旋转顺序（Winding order）

• 当我们定义三角形顶点集合时我们按特定的旋转顺序进行定义——顺时针或逆时针。如下图所示：（图片取自书中）
  三角形旋转顺序
• 如上图所示，我们首先确定顶点1，根据顶点2或3的选择定义了三角形的旋转顺序，如下代码所示：

float vertices[] = {
    // 顺时针
    vertices[0],   // 顶点1
    vertices[1],   // 顶点2
    vertices[2],   // 顶点3
    // 逆时针
    vertices[0],   // 顶点1
    vertices[2],   // 顶点3
    vertices[1],   // 顶点2
}

• 从上可知，三角形基元的三个顶点包含了旋转顺序信息，OpenGL可以使用该信息在渲染基元时确定三角形是正向还是背向。默认情况下，使用逆时针定义的三角形处理时被确定为正向的。
• 实际的旋转顺序是在光栅化阶段进行计算的，那时顶点着色器已经运行完毕，顶点是以观察者的视角进行查看的。这时，那些面向观察者的三角形的旋转顺序刚好是正向的，而立方体背面的三角形的旋转顺序则被反转，变为背向的。如下图所示：（图片取自书中）
  视角下的三角形面片

2. 面剔除

• 从上一小节我们知道，如果三角形基元被渲染为背向三角形，OpenGL能够丢弃这些三角形基元。因此，我们首先将立方体的顶点数据按逆时针旋转顺序进行定义。

float cubeVertices[] = {
    // 背面
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,  // 左下
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,  // 右上
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 0.0f,  // 右下
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,  // 右上
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,  // 左下
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,  // 左上
    // 正面
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    // 左面
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    // 右面
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    // 下面
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    // 上面
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f
};

• 其次，我们启用面剔除。注意：面剔除只针对封闭图形如立方体才有意义。

glEnable(GL_CULL_FACE);

• OpenGL同时允许我们使用glCullFace函数设定剔除的面片类型。

// 参数
// GL_BACK: 剔除背向面片（默认）
// GL_FRONT: 剔除正向面片
// GL_FRONT_AND_BACK: 剔除正向和背向面片
glCullFace(GL_FRONT);

• OpenGL还允许我们使用glFrontFace函数将哪种旋转顺序设定为正向的。

// 参数
// GL_CCW: 逆时针为正向
// GL_CW:  顺时针为正向
glFrontFace(GL_CCW);

• 作一个简单测试，我们让OpenGL剔除背面，但是把顺时针的旋转顺序设定为正向。

glEnable(GL_CULL_FACE);
glCullFace(GL_BACK);
glFrontFace(GL_CW);

• 渲染效果（需要进行一定旋转，让视角处于上平面上方）。

  
  剔除正向面片
• 上面的渲染与下面的代码效果是一样的，即相当于剔除正向视角的基元。

glEnable(GL_CULL_FACE);
glCullFace(GL_FRONT);