OpenGL: 正背面剔除

案例分析

1.用平面着色器绘制一个环并旋转, 效果如下:

一切看似没有问题.

2.再用光源着色器绘制一个立体环并旋转, 效果如下:

可以明显的发现旋转过程中出现了我们并不想看到的现象, 环中部分地方出现了黑色模块.

我们知道,当光照射一个物体的时有正光面和背光面.上图绘制的环我们可以理解成有颜色的那一面就是正光面,黑色就是背光面.

立体环在旋转渲染的过程中, 能够被观察者看到的正面和不能被观察者看到的背面都被渲染了出来.所以便出现了上图中的现象.

对于观察者不可见的部分,OpenGL是支持丢弃这部分数据的, 可以提高50%的渲染性能.

正背面剔除方案

• 打开正背面剔除:

glEnable(GL_CULL_FACE);

• 关闭正背面剔除:

glDisable(GL_CULL_FACE);

• 可以设置需要剔除的面

void glCullFace(GLenum mode);

mode	作用
GL_FRONT	剔除正面 (当不手动设置时, 这个是默认值)
GL_BACK	剔除背面
GL_FRONT_AND_BACK	剔除正背面

• 修改正反面 (不建议修改此规则)

void glFrontFace(GLenum mode);

mode	作用
GL_CW	顺时针为正面
GL_CCW	逆时针为正面 (默认值)

这里顺时针/逆时针指的是顶点的连接顺序. 默认情况下我们认为逆时针连接的为正面, 顺时针连接的为背面. 这是约定的规则. 所以不建议调用glFrontFace来手动修改规则. 开发者都遵循一套默认的规则就好.

• 如上图, 当观察者在右侧时, 右边的灰色三角形顶点连接方式逆时针1 - 2 - 3为正面, 左边的三角形顶点连接方式顺时针1 - 2 -3为背面.
• 当观察者在左边时, 左边灰色三角形就变成了逆时针为正面, 右边灰色三角形顺时针为背面.
• 所以是正面还是背面, 是由顶点连接顺序和观察者的位置共同决定的. 当观察者位置发生改变时, 正背面也会发生变化.

思考

文章开头使用平面着色器绘制环时看似一切正常, 是否也存在需要正背面剔除的问题呢?

• 答案是肯定的. 只是因为使用的是平面着色器, 正背面的颜色都是一样的. 所以肉眼无法区分出来而已.
• 个人总结: 在绘制3D图形时, 不能光凭肉眼来判断是否有正背面剔除的问题. 观察者看不到的部分我们可以考虑将其摒除掉. 提高渲染的效率, 避免不必要的资源浪费.

剔除后的效果:

1.剔除背面(默认值): glCullFace(GL_BACK);

2.剔除正面: glCullFace(GL_FRONT);

背面是黑色

3.剔除正背面:glCullFace(GL_FRONT_AND_BACK);

正面和背面都剔除了, 这个环就消失了,什么都看不见了.

新的问题:

可以发现当旋转到侧边时, 这个环出现了缺口的现象.详情请看后续深度测试