正背面剔除

一个物体在光照下是有两面的：阳面（光照覆盖的面）和阴面（背光的面）。图形在旋转过程中，OpenGL不知道该显示哪些界面，导致本来是观察者不应该看到且该丢弃部分，不仅看到了，而且没有将隐藏部分丢弃。

未开启正背面剔除.png

这是未开启正背面剔除的情况。

在OpenGL中默认规定了逆时针方向绘制的三角形是正面，当然你可以改为顺时针为正面，但是一般不建议这么操作，主要是由于这个设置不仅仅是作用于你的项目，而是作用于OpenGL全局的。我们习惯OpenGL中默认的即可。

//用于修改正面的函数
void glFrontFace(GLenum mode);

//model有两种：GL_CW（顺时针）,GL_CCW（逆时针）,
//OpenGL中的默认值:GL_CCW

OpenGL内部会通过分析顶点数据的顺序来确认正反面，这个并不需要开发者关注，只需将正背面剔除，开启/关闭即可。

正背面剔除技巧主要涉及三个方法

• 开启正背面剔除

//开启表面剔除 （默认背面剔除）
void glEnable(GL_CULL_FACE);

• 关闭正背面剔除

//关闭表面剔除（默认背面剔除）
void glDisable(GL_CULL_FACE);

• 设置需要剔除的面

void glCullFace(GLenum mode);

mode主要有3类

d	d
枚举值	说明
GL_FRONT	剔除正面
GL_BACK	剔除背面，是默认值
GL_FRONT_AND_BACK	剔除正背面

//开启/关闭正背面剔除功能
    if (iCull) {
        glEnable(GL_CULL_FACE);
        //以下两行是默认的，可以不写
        glFrontFace(GL_CCW);
        glCullFace(GL_BACK);
    }else
    {
        glDisable(GL_CULL_FACE);
    }

深度测试

这个时候我们解决了正背面的问题

深度测试.png

从图中可以看出，在甜甜圈旋转过程中，当前后两部分重叠时，对于我们而言，需要显示的是前面部分，后面部分是隐藏面，但是OpenGL中并不能清除的区分，两个图层谁显示在前，谁显示在后，由此导致甜甜圈产生了缺口。

深度

深度是指OpenGL坐标系中，像素点的Z坐标距观察者的距离

深度与图形中像素点的Z坐标有如下关系：

• 如果观察者在Z轴的正方向，Z值越大则越靠近观察者
• 如果观察者在Z轴的负方向，Z值越小则越靠近观察者

深度缓冲区（Depth Buffer）

深度缓存区是指一块专门内存区域，存储在显存中，用于存储屏幕上所绘制图形的每个像素点的深度值

• 深度值越大，离观察者越远
• 深度值越小，里观察者越近

深度缓存区原理

将深度值与屏幕上的每个像素点进行一一对应，然后将深度值存储到深度缓冲区。

• 在深度缓存区中，每个像素点只会记录一个深度值
• 深度缓冲区的范围是[0, 1]之间，默认值是1.0，表示深度值的最大值

函数绘制前，都会先清空缓存区，这里的缓冲区就包括深度缓冲区，因为如果缓存区不清空，之前的数据会有残留，会对目前图形的绘制造成影响。

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

一个物体在绘制时，像素点新的深度值需要与深度缓存中已经存在的深度值作比较，如果 新值 > 旧值，则丢弃这部分不绘制，反之，将新的深度值更新至深度缓存区，由于深度缓存区与颜色缓存区是一一对应的，同时也需要更新该像素点的颜色值到颜色缓存区，这个过程就是深度测试

//指定深度测试判断模式
void glDepthFunc(GLEnum mode);

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

glDepthFuncMode.png

针对甜甜圈缺口问题，我们就需要利用深度测试来解决，需要在甜甜圈绘制前开启深度测试glEnable(GL_DEPTH_TEST);，用于新旧深度值的对比，决定像素点是绘制还是丢弃.

if(iDepth){
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}else{
    glDisable(GL_DEPTH_TEST);
}

深度测试应用场景

• 类似于甜甜圈的缺口问题，当旋转时，OpenGL无法区分物体的两部分重叠情况，导致缺口出现。
• 利用深度测试解决隐藏面的消除，

隐藏面消除方案 总结

• 正背面消除：需要根据顶点数据顺序判断用户可见部分与隐藏面，隐藏面直接丢弃，不绘制，只绘制可见部分
• 深度测试：可以一次性解决隐藏面消除问题，原理是不管有多少图层，只显示可见图层，剩余不可见的都丢弃

多边形偏移

Z-Fighting(Z冲突，闪烁)问题

开启深度测试后，由于深度缓冲区精度有限制，导致深度值在误差极小时，OpenGL出现无法判断的情况，导致出现画面交错闪现的现象，例如下图

image

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

使用多边形偏移，主要有以下三个步骤

• 在绘制前，开启多边形偏移

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

多边形偏移枚举值	对应的图像填充模式
GL_POLYGON_OFFSET_POINT	GL_POINT
GL_POLYGON_OFFSET_LINE	GL_LINE
GL_POLYGON_OFFSET_FILL	GL_FILL

• 指定偏移量glPolygonOffset (GLfloat factor, GLfloat units);，参数一般填 -1 和 -1。
  每个Fragment 的深度值都会增加如下所示的偏移量:
  Offset = ( m * factor ) + ( r * units);
  m : 多边形的深度的斜率的最⼤值,理解⼀个多边形越是与近裁剪⾯平⾏,m 就越接近于0.
  r : 能产⽣于窗⼝坐标系的深度值中可分辨的差异最⼩值.r 是由具体是由具体OpenGL 平台指定的
  ⼀个常量.
  ⼀个⼤于0的Offset 会把模型推到离你(摄像机)更远的位置,相应的⼀个⼩于0的Offset 会把模型拉
  近
  ⼀般⽽⾔,只需要将-1.0 和 -1 这样简单赋值给glPolygonOffset 基本可以满⾜需求.
• 在绘制完成后，关闭多边形偏移

glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

预防ZFighting闪烁

• 避免两个物体靠的太近：在绘制时，插入一个小偏移
• 将近裁剪面（设置透视投影时设置）设置的离观察者远一些：提高裁剪范围内的精确度
• 使用更高位数的深度缓冲区：提高深度缓冲区的精确度

裁剪

在OpenGL 中提⾼渲染的⼀种⽅式.只刷新屏幕上发⽣变化的部分.OpenGL 允许将要进⾏渲染的窗⼝只去指定⼀个裁剪框.
基本原理：⽤于渲染时限制绘制区域，通过此技术可以再屏幕（帧缓冲）指定⼀个矩形区域。启⽤剪裁测试之后，不在此矩形区域内的⽚元被丢弃，只有在此矩形区域内的⽚元才有可能进⼊帧缓冲。因此实际达到的效果就是在屏幕上开辟了⼀个⼩窗⼝，可以再其中进⾏指定内容的绘制。

//1 开启裁剪测试
glEnable(GL_SCISSOR_TEST);
//2.关闭裁剪测试
glDisable(GL_SCISSOR_TEST);
//3.指定裁剪窗⼝
 void glScissor(Glint x,Glint y,GLSize width,GLSize height);
x,y:指定裁剪框左下⻆位置；
width , height:指定裁剪尺⼨

混合

当开启深度测试后，两个重叠的图层中，如果有一个图层是半透明的，另一个是非半透明，此时就不能通过深度值比较，来进行颜色值的覆盖，而是需要将两个颜色进行混合，然后存入颜色缓冲区。

使用
针对不同需求，颜色混合的使用方式有两种

• 开关方式

  用于单纯的将两个图层重叠时进行颜色混合，这种混合并不能解决颜色的混合。在固定着色器和可编程着色器都可以使用这种方式

//开启，
glEnable(GL_BlEND);
//关闭
glDisable(GL_BlEND);

• 开关方式 + 混合方程式

  用于处理类似滤镜效果的场景，简单描述就是将需要处理的图片颜色和图片上覆盖的半透明颜色进行混合 即 两股颜色混合，此时如果只是单纯的开关方式，已经不能满足我们的需求，需要借助混合方程式，来实现两股颜色的混合。一般是在可编程着色器中片元着色器中使用。

//开启，
glEnable(GL_BlEND);
//设置混合因子--默认值是 GL_SRC_ALPHA 和 GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
//关闭
glDisable(GL_BlEND);

glBlendFun.png

S:源混合因⼦
D：⽬标混合因⼦
表中R、G、B、A 分别代表 红、绿、蓝、alpha。
表中下标S、D，分别代表源、⽬标
表中C 代表常量颜⾊（默认⿊⾊）

在glBlendFunc方法中，是通过混合方程式来得到颜色的组合，默认情况下混合方程式如下所示

//Cf -- 最终组合的颜色值
//Cd：源颜色 -- 当前渲染命令传入的颜色值
//CS：目标颜色 -- 颜色缓冲区中已经存在的颜色值
//S：源混合因子
//D：目标混合因子 
Cf = (Cs * S) + (Cd * D)

除了能使⽤glBlendFunc 来设置混合因⼦，还可以有更灵活的选择。
void glBlendFuncSeparate(GLenum strRGB,GLenum dstRGB ,GLenum strAlpha,GLenum dstAlpha);
strRGB: 源颜⾊的混合因⼦
dstRGB: ⽬标颜⾊的混合因⼦
strAlpha: 源颜⾊的Alpha因⼦
dstAlpha: ⽬标颜⾊的Alpha因⼦

glBlendFunc 指定 源和⽬标 RGBA值的混合函数；但是glBlendFuncSeparate函数则允许为RGB 和Alpha 成分单独指定混合函数。

==> 在混合方程中，新颜色的alpha值越高，添加的新颜色成分就越高，旧颜色值值就保留的越少

实际上远不⽌这⼀种混合⽅程式，我们可以从5个不同的⽅程式中进⾏选择
选择混合⽅程式的函数：glbBlendEquation(GLenum mode);

可用的混合方程模式.png

常量混合颜⾊，默认初始化为⿊⾊（0.0f,0.0f,0.0f,1.0f），但是还是可以修改这个常量混合颜
⾊。
void glBlendColor(GLclampf red ,GLclampf green ,GLclampf blue ,GLclampf alpha );

总结

• 在颜色缓冲区中，每个像素点只能存储一种颜色
• 颜色混合主要用于实现在不透明物体前绘制透明物体的效果
• 只有上面图层是透明时，才需要开启颜色混合，如果不是，则没有必要开启颜色混合