4.2/5.1：OpenGL 正背面剔除、深度测试、Z冲突

正背面剔除

OpenGL的默认正背面

• OpenGL 规定：

  • 顶点序 逆时针 = 正面
  • 顶点序 顺时针 = 背面

• 图中立方体，1234面 为逆时针 = 正面，5678面 为顺时针 = 背面，OpenGL 以此为依据，只需要画正面，不需要画背面，起到 避免画错/节约性能 (50%左右) 的效果，称为 正背面剔除。

• OpenGL 默认关闭正背面剔除，需要手动打开，用完建议恢复原状。

  操作	代码
  打开正背面剔除	glEnable(GL_CULL_FACE);
  关闭正背面剔除 (默认)	glDisable(GL_CULL_FACE);

• 正背面剔除 在部分情况解决了 该画哪个面、不该画哪个面 的问题。

  开启正背面剔除前后

深度测试

计算机：橘色在前？绿色在前？

• 图中的观察角度，理应只能看到橘色，看不到绿色；但计算机不那么聪明，就算我们开启了 正背面剔除，这两个面都是正面呀，计算机有可能显示绿色！

• 例如：下图已开启了 正背面剔除，但后面的画面遮挡住前面的。
  

  未开启深度测试

• 深度：物体在规范化坐标系中的 Z值；Z值越大，则往屏幕里越深越远。

• 颜色缓冲区(ColorBuffer)：存储像素点的颜色信息。

• 深度缓冲区 (DepthBuffer)：存储像素点的深度值。

• 两个缓冲区 进行协同工作，在更新一个像素点的颜色信息前，要比较 新数据的深度值 和 深度缓冲区这个点的深度值，如果新数据的深度值小，则说明它会遮挡住原来的，更新颜色信息 且 更新深度值；否则跳过。这个过程称为 深度测试。

• 当然，遮挡物如果是半透明的，要将新旧颜色进行 颜色混合，有机会再详细说。

• OpenGL 默认关闭深度测试，需要手动打开，用完建议恢复原状。

  操作	代码
  打开深度测试	glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  关闭深度测试 (默认)	glDisable(GL_DEPTH_TEST);

• 由此解决遮挡关系错误的现象。
  

  开启深度测试

Z冲突 (Z-Fighting)

• 深度测试的核心是比较两个数据的 Z值，在数学上看这个方法很完美，但计算机的数据精度不是无穷的：

• 有2个 Z值，0.5 和 0.5000000000000000000001，计算机认为他们相等，深度测试失效，称为 Z冲突。

• 以前玩 CS 1.5，把枪扔到地上另一把枪上，它们会重叠，多个像素点出现 Z冲突，计算机来回显示 枪1 和 枪2，造成画面闪烁。

• 解决方案：使重叠的像素点有 微小的、而计算机又足以识别的 Z值差，称为 多边形偏移。使用有2个步骤：

  • OpenGL 默认关闭多边形偏移，需要手动打开，用完建议恢复原状。

    操作	代码
    打开多边形偏移	glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);
    关闭多边形偏移 (默认)	glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);

  • 设置偏移的factor和units，一般都使用 -1 即可。

    glPolygonOffset(GLfloat factor, GLfloat units);
    

• Z冲突 很少在现在的游戏出现，其解决方案未必是 多边形偏移，而且可能有不止一种现代的方案，有兴趣可进一步探索。