问题背景

在绘制3D场景的时候，我们需要决定哪些部分对观察者是可见的，或者说哪些部分对观察者不可见，对于不可见的部分，我们应该及早的丢弃，例如在一个不透明的墙壁后的物体就不应该渲染。这种问题称之为隐藏面消除（Hidden surface elimination）,或者称之为找出可见面(Visible surface detemination)。

解决这一问题比较简单的做法是画家算法(painter’s algorithm)。画家算法的基本思路是，先绘制场景中离观察者较远的物体，再绘制较近的物体。例如绘制下面图中的物体，先绘制红色部分，再绘制黄色，最后绘制灰色部分，即可解决隐藏面消除问题。

简书.png
使用画家算法时，只要将场景中物体按照离观察者的距离远近排序，由远及近的绘制即可。画家算法很简单，但另一方面也存在缺陷，例如下面的图中，三个三角形互相重叠的情况，画家算法将无法处理：

简书1.png
解决隐藏面消除问题的算法有很多，具体可以参考Visible Surface Detection。结合OpenGL，我们使用的是Z-buffer方法，也叫深度缓冲区Depth-buffer。

深度缓冲区(Detph buffer)同颜色缓冲区(color buffer)是对应的，颜色缓冲区存储的像素的颜色信息，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的表面时，首先将表面对应像素的深度值与当前深度缓冲区中的值进行比较，如果大于等于深度缓冲区中值，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冲区。这一过程称之为深度测试(Depth Testing)。

OpenGL中使用深度测试

深度缓冲区一般由窗口管理系统，例如GLFW来创建，深度值一般由16位，24位或者32位值表示，通常是24位。位数越高的话，深度的精确度越好。首先我们开始深度测试

   glEnable(GL_DEPTH_TEST);

另外还需要在绘制场景前，清除颜色缓冲区时，清除深度缓冲区：

  glClearColor(0.18f, 0.04f, 0.14f, 1.0f);
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

清除深度缓冲区的默认值是1.0，表示最大的深度值，深度值的范围在[0,1]之间，值越小表示越靠近观察者，值越大表示远离观察者。

上面提到了在进行深度测试时，当前深度值和深度缓冲区中的深度值，进行比较的函数，可以由用户通过glDepthFunc指定，这个函数包括一个参数，具体的参数如下表所示：

简书2.png

例如我们可以使用GL_AWALYS参数，这与默认不开启深度测试效果是一样的：

 glDepthFunc(GL_ALWAYS);

与深度缓冲区相关的另一个函数是glDepthMask,它的参数是布尔类型，GL_FALSE将关闭缓冲区写入，默认是GL_TRUE，开启了深度缓冲区写入。

可视化深度值

深度值，实际上是屏幕坐标系下的zwin坐标，屏幕坐标系下的(x,y)坐标分别表示屏幕坐标系下以左下角(0,0)为起始点的坐标

预防ZFighting的方法

其实ZFighting就是深度值相同时，引发的冲突问题。

不要将两个物体靠的太近，避免渲染时三角形叠在一起。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。
采用glPolygonOffet函数，使的可以调节片段的深度值，使深度值进行偏移而不产生悬浮。
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位的缓冲区，使精确度得到提高。