五、OpengGL 渲染技巧之深度测试 颜色混合

在正背面剔除一文中介绍了关于正背面剔除，却也引出了新的bug。这个bug的原因是这个游泳圈在绘制后，当发生旋转时，OpenGL无法分辨其重叠的部分是哪个图层靠近观察者，这就让OpenGL在旋转发生时绘制就错乱了。而这个问题可以通过深度测试来解决。

1.深度测试

• 深度：在世界坐标系中，观察者到物体位置Z值的大小；

在环境中还选择一个参考坐标系来描述摄像机和物体的位置，该坐标系称为世界坐标系。它是在三维坐标系之上建立的。

• 如果观察者在Z轴的正方向，Z值越大则靠近观测者；
• 如果观察者在Z轴的负方向，Z值越小则靠近观察者；
• 深度缓冲区（DepthBuffer）：是一个在内存区域中，专门存储每个绘制在屏幕上像素点的深度值(Z);
  深度缓冲区存在的理由：在OpenGL中，不使用深度测试时，绘制物体有先后顺序，当距离远的位图先绘制后，距离近绘制的位图会将前者覆盖；当有了深度缓冲区后，则在深度缓冲区中就会记录物体像素的深度值；（这个深度缓冲区的写入是可以通过glDepthMask(GL_FALSE)禁止写入的）
• 深度测试： 深度缓冲区（DepthBuffer）和颜色缓冲区（ColorBuffer）对应的，颜色缓冲区存储像素的颜色信息；在决定是否绘制一个物体表面时，会先将其表面对应的像素深度值与当前深度缓冲区中的值比较，如果大于深度缓冲区的值，则放弃该次绘制；反之，则取得该次绘制的深度值和颜色值，分别更新到深度缓冲区和颜色缓冲区，这样一个过程就被称为深度测试;
• 深度值一般由16位、24位or32位值表示，通常是24位。位数越高的话，深度的精确度越好。深度值的范围在[0,1]之间，值越小表示越靠近观察者，值越大表示远离观察者。深度缓冲区存储的默认值为1.0。

开启深度测试

glEnable(GL_DEPTH_TEST)
glDisable(GL_DEPTH_TEST)

深度测试的测试规则是可以通过glDepthFunc(FLenum func)来修改的，测试规则主要在于该函数的以下枚举值：

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

2.深度测试的潜在风险之 Z-Fighting（Z冲突or Z闪烁）问题

由于在开启深度测试后，OpenGL不会再去绘制模型被遮挡的部分，以使得实现的显示更加真实；但由于深度缓冲区的精度限制，图层Z值相差在精度之外时，就无法识别多图层or同一图层，显示出来的现象时交错闪烁两个图层。

3.解决Z-Fighting

• 3.1 启用多边形偏移 Polygon Offset
  让深度值之间产生间隔，使得在执行深度测试前，将立方体的深度值有了细微差别，则就让两个图层的深度值有所区分。

/** 启用Polygon Offset 方式
* GL_POLYGON_OFFSET_POINT 对应模式：GL_POINT
* GL_POLYGON_OFFSET_LINE 对应模式：GL_LINE
* GL_POLYGON_OFFSET_FILL 对应模式：GL_FILL
*/
glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

• 3.2 指定偏移量
  通过glPolygonOffset来指定，glPolygonOffset需要2个参数：factor，units
  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

• 3.3 关闭多边形偏移（Plygon Offset）
  glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

4.预防Z-Fighting闪烁

• 4.1 避免渲染两个叠在一起的三角形；对这个场景加入少量的偏移，则可避免ZFighting现象。
• 4.2 尽可能将近裁剪面远一些，使整个裁剪范围内的精度变高。但这样也会使得离观察者近的物体被裁剪掉，因此需要调试好裁剪面参数；
• 4.3 使用高位数的深度缓冲区，通常使用的深度缓冲区是24位的，可使用32/64位的缓冲区，使得精度得到提高。

5.颜色混合

我们把OpenGL 渲染时会把颜色值存在颜色缓存区中，每个片段的深度值也是放在深度缓冲区。当深
度缓冲区被关闭时，新的颜色将简单的覆盖原来颜色缓存区存在的颜色值，当深度缓冲区再次打开时，新
的颜色片段只是当它们比原来的值更接近邻近的裁剪平面才会替换原来的颜色片段.
那么如果开启深度测试后.但是2个重叠的图层中, 有亿个图层是半透明的. 有亿个图层是非半透明的.
那么此时就不能进行单纯的比较深度值,然后进行覆盖. 而是需要将2个图层的颜色进行混合;

// 开启混合
glEnable(GL_BLEND)
// 关闭混合
glDisable(GL_BLEND)

目标颜色：已经存储在颜色缓存区的颜色值
源颜色：作为当前渲染命令结果进入颜色缓存区的颜色值

固定着色器/可编程着色器，打开混合开关的方式使得颜色混合（单纯的2个图层重叠进行混合）
可编程着色器

• 当混合功能被启动时，源颜色和目标颜色的组合方式是混合方程式控制的。在默认情况下，混合方程式如
  下所示
  方程式 Cf = （Cs * S） + （Cd * D）
Cf：最终计算参数的颜色
S：源颜色
Cd：目标颜色
D：目标混合因子
• 设置混合因子
  glBlendFunc（Glenum S,GLenum D）；S: 源混合因子 D： 目标混合因子

颜色混合总结： 源颜色混合的alpha值越高，添加的源颜色成分越高，目标颜色所保留的成分就越少。混合函数经常用于实现其他一些不透明的物体前面绘制一个透明物体的效果。