OpenGL深度测试

一、概念

• 深度：深度其实就是该像素点在3D世界中距离摄像机的距离,Z值。

• 深度缓冲区：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.深度值(Z值)越大, 则离摄像机就越远.

• 深度缓冲区的作用：在不使用深度测试的时候,如果我们先绘制一个距离比较近的物体,再绘制距离较远的物体,则距离 远的位图因为后绘制,会把距离近的物体覆盖掉. 有了深度缓冲区后,绘制物体的顺序就不那么􏰂重要的. 实际上,只要存在深度缓冲区,OpenGL 都会把像素的深度值写入到缓冲区中. 除非调⽤glDepthMask(GL_FALSE).来禁止写入.

• 深度测试：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”。

• 深度值计算
  深度值⼀般由16位，24位或者32位值表示，通常是24位。位数越⾼高的话，深度的精确度越好。

  深度缓冲主要是通过计算深度值来比较⼤小，在深度缓冲区中包含深度值介于 0.0 和 1.0 之间， 从观察者看到其内容与场景中的所有对象的 z 值进⾏了⽐较。这些视图空间中的 z 值可以在投影平头截体的近平面和远平面之间的任何值。我们因此需要一些方法来转换这些视图空间 z 值到 [0，1] 的范围内,下面的 (线性) 方程把 z 值转换为 0.0 和 1.0 之间的值 :

二、使用深度测试

深度测试主要函数

开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
在绘制场景前，清除颜⾊缓存区，深度缓冲。清除深度缓冲区默认值为1.0。

glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
指定深度测试判断模式
void glDepthFunc(GLEnum mode);

函数说明

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

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);

三、正背面剔除问题解决

到这里上图中正背面剔除弊端的问题就迎刃而解了，开启深度测试将新旧深度值的对比，决定像素点是绘制还是丢弃，就不会出现分不清正背面的问题了。

设置深度测试开关

开启和关闭的逻辑，主要取决于右键菜单的点击次数，第一次打开，第二次关闭，以此类推

//根据设置iDepth标记来判断是否开启深度测试
    if(iDepth)
        glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    else
        glDisable(GL_DEPTH_TEST);

四、深度测试ZFighting闪烁问题

开启深度缓冲区后，由于深度值精度的限制，对于相差非常小的深度值(比如在同一个深度进行2次渲染)，就可能出现不能正确区分两个深度值的问题，导致测试的结果随机出现。所以，显示时2个画⾯交错出现，就会出现闪烁问题。如下图所示：

image

1. 解决方案 — 多边形偏移（Polygon Offset）

其问题产生的主要原因是由于图形靠的太近，导致无法区分出图层先后次序，针对该问题，OpenGL提供了一种多边形偏移（Polygon Offset）方案

• 启用多边形偏移（Polygon Offset）

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

多边形偏移枚举值	对应的光栅化模式
GL_POLYGON_OFFSET_FILL	GL_FILL
GL_POLYGON_OFFSET_LINE	GL_LINE
GL_POLYGON_OFFSET_POINT	GL_POINT

• 指定偏移量 （参数一般填 -1 和 -1）

void glPolygonOffset(Glfloat factor, Glfloat units);

• 关闭多边形偏移（Polygon Offset）

// 参数和开启的参数相同
glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);

2. 问题预防

• 不要将两个物体靠的太近。
  避免渲染时三⻆形叠在一起。
• 尽可能将近裁剪面设置得离观察者远一些。
  如果观察者离近裁剪平⾯很近，那么深度测试对精确度要求很⾼。因此，可以适当推远近裁剪平⾯的位置来避免这个问题，但是可能导致离观察者较近的物体被裁减掉，使用时需要小心。
• 使用更高位数的深度缓冲区。
  默认的深度缓冲区精度是24位的，如果硬件支持32位的缓冲区，就可以提供更高的精度。