OpenGL隐藏面消除详解
什么是隐藏面消除？
隐藏面消除:在绘制3D场景的时候，我们需要决定哪些部分是对观察者可见的，或者哪些部分是对观察者不可见的，应该及早丢弃。
例如：在一个不透明墙壁后的物体，就不应该渲染。这种情况就叫做隐藏面消除。
上图是用OpenGL画的一个圆环，从正面看起来一切正常，但是的我们移动视角后，就会出现如下图所示的问题
如何解决隐藏面消除？
1.油画法
什么是油画法？
- 先绘制场景中的离观察者较远的物体,再绘制较近的物体。
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如下图所示:先绘制红色(远)部分，再绘制黄色部分(较近)，最后再绘制灰色(最近)部分，即可解决隐藏面消除的问题。
为什么现在不使用油画法?
- 我们明显也能看到，肉眼看不到，没必要渲染的部分也先画出来了，所以这种方法在图形处理中是非常低效的，所以其实在开发中不会用这种方式。
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油画法在几个物体和观察者的距离一样时，产生重叠，那么就无法绘制，如下图所示
2.正背面剔除
为什么要使用正背面剔除？
- 一个3D图形，我们从任何一个角度去观察，最多只能看到3个面。那么其他的面我们是看不到的，既然看不到那为什么要去消耗性能绘制呢？这就是正背面剔除法。
- OpenGL 可以做到检查所有正⾯面朝向观察者的⾯面,并渲染它们.从⽽而丢弃背⾯面朝向的⾯面. 这样可以节约⽚片元着⾊色器器的性能，渲染的性能能提升50%。
如何使用正背面剔除？
- 分析顶点顺序，指定正背面，开启正背面剔除。
- 正背面:按照逆时针顶点连接的三角形面为正面，顺时针顶点连接的三角形为背面。
- 代码实现
//开启正面剔除
glEnable(GL_CULL_FACE);
//关闭正面剔除
glDisable(GL_CULL_FACE);
开启正背面剔除后的效果
还记得上面绘制过的圆环吗？开启正背面剔除后，效果如下图，可以看到正面和背面的立体感都出来了，解决了隐藏面消除的问题，但是在观察圆环侧面的时候，有明细的凹槽效果？这是为什么呢？
3. Z-buffer⽅方法(深度缓冲区Depth-buffer)
为什么需要深度缓冲区？
上面发生的凹槽效果，就是因为在绘制侧面时，先绘制了离观察者近的这部分，再绘制了距离观察者远的那部分，新绘制的部分会覆盖掉之前绘制的部分，因为没办法确定谁近谁远，所以会造成这种绘制问题。
那什么是深度缓冲区呢？
- 首先需要了解什么是深度，深度其实就是该像素点在3D世界中离观察点的距离，也就是XYZ坐标系中的Z值
- 那深度缓冲区是什么呢？它就是一块用来存储像素点Z值的内存区域。Z越大，则离观察者越远。
那如何使用深度缓冲区呢？
首先需要了解什么是深度测试？
每个像素点只有一个深度值，在同一个像素点出现新的深度值时，会与之前进行比较，如果新的深度值大，那么离我们更远，应该是是被遮挡。如果新的深度值小，那么离我们更近，我们应该先看到他，这个时候深度缓冲区储存小的深度值，并且颜色缓冲区也将进行对应的更新。比较深度值的这整个过程，就叫深度测试。
使用深度缓冲区，就需要开启深度测试，用如下代码
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
关闭深度测试
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
使用深度缓冲区，开启深度测试后的效果
还是上面那个圆环，开启了深度测试后，如下图所示，侧面的凹槽已经没有了，因为有了深度值，它不会去绘制被遮挡的部分，提高了效率，还解决了问题。
拓展：开启深度测试后，就一定不会出现问题了吗？
其实不然，如下图所示，三个图形在深度值的差异特别小的情况下，深度测试无法判断深度值，会导致无法预测的问题。会造成下面2个画面交替出现的问题，这个问题叫 ZFighting 闪烁问题
那么如何解决ZFighting闪烁问题呢?
- 启用Polygon Offset(多边形偏移)，在执行深度测试之前，细微的增加深度值，使得两个重叠的图形之间有细微的差异
//开启多边形偏移 glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);
//关闭多边形偏移 glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL); - 指定偏移量，负值，将使得z值距离我们更近，而正值，将使得z值距离我们更远。
//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.
glPolygonOffset(-1,-1);
那么如何预防ZFighting闪烁问题呢？
1.不要将两个物体靠的太近，手动避免三角形渲染的时候叠在一起
2.尽可能将近裁剪面设置的离观察点远一些，因为距离远一些，会使得整个裁剪范围内的精度变高一些。
3.使用更高位数的深度缓存区，一般是24位，有些硬件是32位，能够提升精度。
总结
- 上面说到了三种解决隐藏面消除的解决方案，但是油画法可以摒弃，有所了解即可。我们一般使用的是正背面剔除和深度测试配合使用，来解决问题并提高性能。
- 虽然在OpenGL中，正背面剔除和深度测试的代码量就几行，但是需要了解其原理，才能对整个渲染都有深入的理解。
- 因为OpenGL是状态机，所以在开启正背面剔除或深度测试后，在不使用的时候一定要记得关闭它。
