07-正背面剔除&深度测试-绘制甜甜圈

第一步：搭架子此处代码有详细的注解，不再画图分析

//包含了大部分GLTools中类似C语言的独立函数
#include "GLTools.h"
//矩阵工具类 加载单元矩阵/矩阵/矩阵相乘/压栈/出栈/平移/缩放/旋转
#include "GLMatrixStack.h"
//矩阵工具类，表示位置 通过设置vOrigin/vForward/vUp
#include "GLFrame.h"
//矩阵工具类，用来快速设置正/透视投影矩阵，完成坐标从3D->2D映射过程
#include "GLFrustum.h"
//变换管道类 传输视图矩阵/投影矩阵/视图投影变换矩阵
#include "GLGeometryTransform.h"

#include <math.h>
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif

////设置角色帧，作为相机
GLFrame             viewFrame;
//使用GLFrustum类来设置透视投影
GLFrustum           viewFrustum;
//三角形批次类（容器类）
GLTriangleBatch     torusBatch;
//模型试图矩阵
GLMatrixStack       modelViewMatix;
//投影矩阵
GLMatrixStack       projectionMatrix;
//变换管道
GLGeometryTransform transformPipeline;
//存储着色器管理工具
GLShaderManager     shaderManager;

//标记：背面剔除、深度测试
int iCull = 0;
int iDepth = 0;

//渲染场景
void RenderScene()
{
   
}

void SetupRC()
{
    
}

//键位设置，通过不同的键位对其进行设置
//控制Camera的移动，从而改变视口
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
    
}

//窗口改变
void ChangeSize(int w, int h)
{
  
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    glutInit(&argc, argv);
    //申请一个颜色缓存区、深度缓存区、双缓存区、模板缓存区
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_STENCIL);
    //初始化window的尺寸
    glutInitWindowSize(800, 600);
    //创建window的名称
    glutCreateWindow("Geometry Test Program");
    //注册回调函数（改变尺寸）
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    //特殊键位函数（上下左右）
    glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    //显示函数
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    //绘制
    SetupRC();
    //开启runloop运行循环
    glutMainLoop();
    return 0;
}

第二步：完善必要的函数

1、ChangeSize()窗口改变函数

void ChangeSize(int w, int h)
{
    //1.防止h变为0
    if(h == 0)
    h = 1;
    
    //2.设置视口窗口尺寸
    glViewport(0, 0, w, h);
    
    //3.setPerspective函数的参数是一个从顶点方向看去的视场角度（用角度值表示）
    // 设置透视模式，初始化其透视矩阵
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w)/float(h), 1.0f, 100.0f);
    
    //4.把透视矩阵加载到透视矩阵堆栈中
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    //5.初始化渲染管线
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatix, projectionMatrix);
}

2、特殊键位功能设置函数

//控制Camera的移动，从而改变视口
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
    //1.判断方向
    if(key == GLUT_KEY_UP)
    //2.根据方向调整观察者位置
    viewFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_DOWN)
    viewFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_LEFT)
    viewFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_RIGHT)
    viewFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    //3.重新刷新
    glutPostRedisplay();
}

第三步：画一个甜甜圈

1、在SetupRC()函数中创建一个甜甜圈

//4.创建一个甜甜圈
    //void gltMakeTorus(GLTriangleBatch& torusBatch, GLfloat majorRadius, GLfloat minorRadius, GLint numMajor, GLint numMinor);
    //参数1：GLTriangleBatch 容器帮助类
    //参数2：外边缘半径
    //参数3：内边缘半径
    //参数4、5：主半径和从半径的细分单元数量
    gltMakeTorus(torusBatch, 1.0f, 0.3f, 50, 20);
    
    //5.点的大小(方便点填充时,肉眼观察)
    glPointSize(4.0f);

2、在RenderScene()函数渲染

//渲染场景
void RenderScene()
{
    //1.清除窗口 颜色缓冲区 和 深度缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    //2.压栈 - 把摄像机矩阵压入模型矩阵中
    modelViewMatix.PushMatrix(viewFrame);
    
    //3.设置绘图颜色
    GLfloat vGreen[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
    
    //4.1
    //使用平面着色器 --> 看不出问题
    //参数1：平面着色器
    //参数2：模型视图投影矩阵
    //参数3：颜色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vGreen);
    
    //5.绘制
    torusBatch.Draw();
    
    //6.出栈
    modelViewMatix.PopMatrix();
    
    //7.交换缓存区
    glutSwapBuffers();
}

使用平面着色器

运行好像没什么问题，是因为使用的是平面着色器，没有光源，正背面都是一个色，所以看不出问题。下面的图是换成默认点光源着色器后的运行效果，就发现了问题

使用默认光源着色器

    //4.2
    //使用默认光源着色器
    //通过光源、阴影效果跟提现立体效果
    //参数1：GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT 默认光源着色器
    //参数2：模型视图矩阵
    //参数3：投影矩阵
    //参数4：基本颜色值
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vGreen);

使用默认点光源着色器

3、添加一个右键菜单栏，看看线填充,点填充各自效果

3.1main()开启一个右键菜单栏

    glutCreateMenu(RightClickMenu);
    glutAddMenuEntry("开启/关闭背面消除", 1);
    glutAddMenuEntry("开启/关闭深度测试", 2);
    glutAddMenuEntry("面填充", 3);
    glutAddMenuEntry("线填充", 4);
    glutAddMenuEntry("点填充", 5);
    glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);

3.2 右键菜单栏函数功能开关实现RightClickMenu().

void RightClickMenu(int key)
{
    /*
     glPolygonMode 控制多边形的正面和背面的绘图模式
     
     GL_POINT表示显示顶点，多边形用点显示
     GL_LINE表示显示线段，多边形用轮廓显示
     GL_FILL表示显示面，多边形采用填充形式
     */
    switch (key) {
            case 1:
            
            break;
            
            case 2:
            
            break;
            
            case 3:
                glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
            break;
            
            case 4:
                glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
            break;
            
            case 5:
                glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_POINT);
            break;
            
        default:
            break;
    }
    
    glutPostRedisplay();
}

绘图模式 - 面、线、点

可以看到 不管使用面、线、还是点的绘图模式，渲染都会存在问题。解决这种问题，需要决定那部分是对观察者可见的，哪部分对观察者不可见，对不可见的部分，应该尽早丢弃（即看不见的部分不渲染，节省资源，提高效率）

4. 用正背面剔除(Face Culling)解决渲染问题

4.1 右键菜单控制开启/关闭正背面剔除功能

iDepth = !iDepth;

4.2RenderScene()中glEnable, glDisable

    //开启/关闭正背面剔除功能
    if (iCull) {
        glEnable(GL_CULL_FACE);
    }else {
        glDisable(GL_CULL_FACE);
    }

4.3 效果

开启了正背面剔除但没开启深度测试

5. 开启深度测试

5.1 同开启正背面剔除逻辑一样

//开启/关闭深度测试
    if (iDepth) {
        glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    }else {
        glDisable(GL_DEPTH_TEST);
    }

5.2效果

开启正背面剔除和深度测试