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OpenGL-正背面剔除和深度测试

OpenGL-正背面剔除和深度测试

作者: MrDemon_ | 来源:发表于2020-08-11 20:58 被阅读0次

    在绘制3D图形时,应该判断哪些面对于观察者可见,哪些面对于观察者不可见。不可见部分应该及时丢弃,以提高渲染效率。
    专业术语叫做“消除隐藏面”……

    正面:按逆时针顶点连接顺序绘制的三角形。
    背面:按顺时针顶点连接顺序绘制的三角形。

    Note:由于观察者角度不同,正面和背面可能不同。

    1、油画算法

    image

    先绘制离观察者比较远的三角形,再在它们上方绘制距离比较近的三角形。

    油画算法只能解决排序好的三角形渲染,且重叠部分渲染性能较差,而且也不能区分未排序的叠加三角形。

    正背面剔除

    对正面和背面三角形进行区分的原因之一就是为了剔除。

    背面剔除能够极大的提高性能。剔除即在图元装配阶段就整体抛弃了一些三角形,并且没有执行任何不恰当的光栅化操作。

    正面剔除也很有用,如在需要显示某些图形内部渲染的时候。渲染透明对象时,会对对象进行两次渲染,第一次开启透明并剔除正面,第二次剔除背面。

    设置剔除正面还是剔除背面函数

    void glCullFace(GLenum mode);
    
    

    mode参数可用值:GL_FRONT/GL_BACK/GL_FRONT_AND_BACK

    开启和关闭剔除

    glEnable(GL_CULL_FACE);
    glDisable(GL_CULL_FACE);
    
    

    所以消除不透明物体内部几何图形只需要如下代码:

    glCullFace(GL_BACK);
    glEnable(GL_CULL_FACE);
    
    

    深度测试

    深度缓冲区:指的是一块存储像素深度(z值)的内存区域。深度值范围[0, 1]之间,根据观察者的位置,如果观察者在z轴正值方向,则深度值越大,离观察者越近;相反如果观察者在z轴负值方向,则深度值越大,离观察者越远。

    深度测试:OpenGL执行深度测试时,如果深度测试通过,则使用新的像素深度值覆盖深度缓冲区中的值,如果测试未通过,则丢弃该像素。

    开启/关闭深度测试:

    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glDisable(GL_DEPTH_TEST);
    
    

    清除颜色缓冲区和深度缓冲区,深度缓冲区默认值为1

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    

    深度缓冲区写入开关

    //value: GL_TURE,开启深度缓冲区写入; GL_FALSE,关闭深度缓冲区写⼊
    void glDepthMask(GLBool value);
    
    

    深度测试函数:定义深度测试通过的规则

    glDepthFunc(GL_LESS);
    
    
    运算符 描述
    GL_ALWAYS 永远通过测试
    GL_NEVER 永远不通过测试
    GL_LESS 在片段深度值小于缓冲区的深度时通过测试
    GL_EQUAL 在片段深度值等于缓冲区的深度时通过测试
    GL_LEQUAL 在片段深度值小于等于缓冲区的深度时通过测试
    GL_GREATER 在片段深度值大于缓冲区的深度时通过测试
    GL_NOTEQUAL 在片段深度值不等于缓冲区的深度时通过测试
    GL_GEQUAL 在片段深度值大于等于缓冲区的深度时通过测试

    默认是GL_LESS,即丢弃深度值大于或等于当前缓冲区深度的像素。

    深度测试引起的Z-Fighting(Z冲突/闪烁)问题

    原因:深度缓冲区精度有限制,深度差别非常小的情况下,OpenGL分不清前后造成的。

    解决办法

    多边形偏移 Polygon Offset:在两个图层之间添加一个偏移,但是手动添加比较复杂且不精准,所以需要用到多边形偏移。

    开启多边形偏移

    glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)
    
    

    指定偏移量

    glPolygonOffset(GLFloat factor, GLFloat units);
    
    

    factor和units一般是-1和-1.

    预防

    1. 不要将两个物体靠太近,避免渲染时三角形叠在一起。
    
    2. 尽可能将近裁剪面设置的离观察者远一点。
    
    3. 使用高位数的深度缓冲区,精度更高。
    

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