1瞳抓、隱藏面消除

在渲染3D場景過程中可能會產(chǎn)生以下問題

我們需要決定哪些部分是對觀察者可?的,或者哪些部分是對觀察者不可見的埃疫？
對于不可見的我們應該怎么處理？
解決方案

1. 油畫算法

先繪制場景中較遠的物體孩哑，再繪制較近的物體

image.png

弊端

使?用油畫算法,只要將場景按照物理理距離觀察者的距離遠近排序,由遠及近的繪制即可.那么會出現(xiàn) 什什么問題? 如果三個三?角形是疊加的情況,油畫算法將?無法處理理.

2.正背面剔除（Face Culling）

從任何?個?向去觀察一個立方體胳蛮，最多可以看到3個?抚垄。如果我們能以某種?式去丟棄這部分數(shù)據(jù)智哀。OpenGL在渲染的性能即可提高超過50%。

正/背面的區(qū)分:
正?：按照逆時針頂點連接順序的三?形?
背?：按照順時針頂點連接順序的三角形?
任何平?都有2個?：正?和背面，?個時刻我們只能看到一面。通過分析頂點數(shù)據(jù)的順序幸撕，OpenGL可以做到檢查所有正面朝向觀察者的面貌矿，并渲染它們尽楔；從?丟棄背面朝向的面呕寝。

??注意：正?和背?是有三角形的頂點定義順序和觀察者方向共同決定的讶坯。若觀察者的觀察?向發(fā)生改變漱办，正?和背面也會發(fā)生相應的改變。

image.png

當觀察者在右側(cè)時：右邊的三角形為逆時針方向，則為正面；而左側(cè)的三?形為順時針麦向，則為背?沙郭。
當觀察者在左側(cè)時：左邊的三?形為逆時針?向送挑，則為正?；而右側(cè)的三?形為順時針络凿，則為背?虐先。

弊端：如果前后兩個點都是正面或是背面，這時OpenGL無法區(qū)分哪個面在前，哪個面在后貌笨，就可能出現(xiàn)下圖所示的問題锥惋。

image.png

1.2.1OpenGL中的剔除

//開啟表面剔除(默認背面剔除)
glEnable(GL_CULL_FACE);

//關(guān)閉表面剔除(默認背面剔除)
glDisable(GL_CULL_FACE);

//選擇剔除那個面(正面/背面)
// mode參數(shù)為: GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK丛忆，默認GL_BACK
glCullFace(GLenum mode);

//用戶指定繞序那個為正面
//mode參數(shù)為: GL_CW, GL_CCW,默認值:GL_CCW
glFrontFace(GL enum mode);

//剔除正面實現(xiàn)①
glCullFace(GL_BACK);
glFrontFace(GL_CW); 

//剔除正面實現(xiàn)②
glCullFace(GL_FRONT);
glFrontFace(GL_CCW);

2凰浮、深度測試

2.1深度

深度纳鼎，就是像素點在3D世界中距離攝像機的距離，即Z值导帝。

2.2深度緩沖區(qū)

深度緩存區(qū)守谓，就是?塊內(nèi)存區(qū)域，專門存儲每個像素點的深度值您单。深度值(Z值)越?斋荞，則離攝像機就越遠。

為什么需要深度緩沖區(qū)?

在不使?深度測試的時候虐秦，如果先繪制?個?較近的物體平酿，再繪制較遠的物體凤优。較遠的圖像就會像油畫一樣覆蓋掉之前的圖像

有了深度緩沖區(qū)后，繪制物體的順序就不那么重要了蜈彼。

只要通過開啟了深度緩沖區(qū)筑辨，并允許深度值的寫入，OpenGL都會把像素的深度值寫入到緩沖區(qū)中柳刮。

2.3深度測試

在決定是否繪制?個物體表?時挖垛，首先要將表面對應的像素的深度值與當前深度緩沖區(qū)中的值進??較。如果大于深度緩沖區(qū)中的值秉颗，則丟棄這部分痢毒；否則利?這個像素對應的深度值和顏?值，分別更新深度緩沖區(qū)和顏色緩存區(qū)蚕甥。這個過程稱為深度測試哪替。

2.4深度值的計算

深度值，?般由16位菇怀、24位或者32位值表示凭舶，通常是24位。

位數(shù)越高爱沟，深度的精確度越好帅霜。
深度值的范圍在[0,1]之間，值越?表示越靠近觀察者呼伸，值越大表示遠離觀察者身冀。

2.5 深度值的使用

開啟深度測試

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

在繪制場景前，清除顏?緩存區(qū)括享，深度緩沖搂根。清除深度緩沖區(qū)默認值為1.0

glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

指定深度測試判斷模式

void glDepthFunc(GLEnum mode);

深度緩沖區(qū)寫入開關(guān)

//value: GL_TURE,開啟深度緩沖區(qū)寫入; GL_FALSE,關(guān)閉深度緩沖區(qū)寫?
void glDepthMask(GLBool value);

2.6總結(jié)

使?正?/背面剔除法和深度測試法解決了OpenGL的渲染效率問題。

3铃辖、ZFighting閃爍問題

深度緩測試雖然能解決大部分渲染問題剩愧，但是還是存在隱患。

3.1原因

由于精度的限制娇斩，對于相差非常小的深度值(比如在同一個深度進行2次渲染)仁卷，就可能出現(xiàn)不能正確區(qū)分兩個深度值的問題，導致測試的結(jié)果隨機出現(xiàn)犬第。所以五督，顯示時2個畫?交錯出現(xiàn)，就會出現(xiàn)閃爍問題瓶殃。

3.2解決方案

步驟1：啟用Polygon Offset
增大重疊或深度值接近的2個圖形的深度值差距充包，使得OpenGL可以區(qū)分兩個深度值。

Polygon Offset模式	對應的光柵化模式
GL_POLYGON_OFFSET_FILL	GL_FILL
GL_POLYGON_OFFSER_LINE	GL_LINE
GL_POLYGON_OFFSER_POINT	GL_POINT

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);

步驟二：指定偏移量
- 通過glPolygonOffset來指定2個參數(shù) factor和units

//應?到?段上總偏移計算?程式
//Depth Offset = (DZ * factor) + (r * units);
//DZ：深度值(Z值)
//r：使得深度緩沖區(qū)產(chǎn)?變化的最?值，是由具體OpenGL平臺指定的?個常量
void glPolygonOffset(Glfloat factor, Glfloat units);

offset為負值基矮，將使得z值距離攝像機更近淆储；?正值，將使得z值距離攝像機更遠家浇。一般而言本砰，我們設(shè)置factor和units設(shè)置為-1.0和-1.0。

步驟三：關(guān)閉Polygon Offset

// 參數(shù)和開啟的參數(shù)相同
glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL);

3.3 問題的預防

1. 不要將兩個物體靠的太近钢悲。
  避免渲染時三?形疊在一起点额。
1. 盡可能將近裁剪面設(shè)置得離觀察者遠一些。
  如果觀察者離近裁剪平?很近莺琳，那么深度測試對精確度要求很?还棱。因此，可以適當推遠近裁剪平?的位置來避免這個問題惭等，但是可能導致離觀察者較近的物體被裁減掉珍手，使用時需要小心。
1. 使用更高位數(shù)的深度緩沖區(qū)辞做。
  默認的深度緩沖區(qū)精度是24位的琳要，如果硬件支持32位的緩沖區(qū)，就可以提供更高的精度秤茅。

4稚补、裁剪

在OpenGL中提?渲染效率的?種?式。只刷新屏幕上發(fā)?變化的部分框喳。

基本原理
用于渲染時限制繪制區(qū)域课幕，通過此技術(shù)可以在屏幕(幀緩沖)指定一個矩形區(qū)域。啟用剪裁測試之后帖努，不在此矩形區(qū)域內(nèi)的片元被丟棄，只有在此矩形區(qū)域內(nèi)的?元才有可能進入幀緩沖粪般。因此拼余，實際達到的效果就是在屏幕上開辟了一個?窗口，可以在其中進?指定內(nèi)容的繪制亩歹。

//1 開啟裁剪測試
glEnable(GL_SCISSOR_TEST);
//2.關(guān)閉裁剪測試
glDisable(GL_SCISSOR_TEST);
//3.指定裁剪窗?
//x,y:指定裁剪框左下?位置; width,height:指定裁剪尺?
void glScissor(Glint x, Glint y, GLSize width, GLSize height);

4.1 理解窗口匙监、視口、裁剪區(qū)域

窗口
顯示界面小作。就相當于iOS里面的window亭姥。
視口
窗口中?來顯示圖形的一塊矩形區(qū)域，它可以和窗?等?顾稀，也可以?窗口?或者小达罗。只有繪制在視口區(qū)域中的圖形才能被顯示，如果圖形有一部分超出了視口區(qū)域，那么那一部分是看不到的粮揉。通過glViewport()函數(shù)設(shè)置巡李。就相當于View。
裁剪區(qū)域(平?投影)
視口矩形區(qū)域的最小最大x坐標(left,right)和最小最?y坐標 (bottom,top)扶认，?不是窗口的最小最大x坐標和y坐標侨拦。通過glOrtho()函數(shù)設(shè)置，這個函數(shù)還需指定最近最遠z坐標辐宾，形成一個立體的裁剪區(qū)域狱从。就相當于設(shè)置一個frame。

image.png

5混合

OpenGL渲染時會把顏色值存在顏?緩存區(qū)中叠纹，每個?段的深度值也是放在深度緩沖區(qū)季研。

當深度緩沖區(qū)被關(guān)閉時，新的顏色將簡單地覆蓋原來顏色緩存區(qū)存在的顏色值吊洼。
當深度緩沖區(qū)再次打開時训貌，新的顏?片段只是當它們比原來的值更接近鄰近的裁剪平?才會替換原來的顏?片段。

//開啟混合
gl_Enable(GL_BIEND);

5.1 顏色混合

?標顏色：已經(jīng)存儲在顏色緩存區(qū)的顏色值 (已經(jīng)存在的顏色冒窍，舊顏色)
源顏色：作為當前渲染命令結(jié)果進入顏色緩存區(qū)的顏?值 (新進來的顏色递沪，新顏色)

當混合功能被開啟時，源顏色和?標顏色的組合方式是混合方程式控制的综液。在默認情況下款慨，混合方程式如下所示：

//Cf: 最終計算參數(shù)的顏?
//Cs: 源顏?
//Cd: 目標顏?
//S: 源混合因?,源Alpha混合因子
//D: ?標混合因?,?標Alpha混合因子
Cf = (Cs * S) + (Cd * D);

5.2 混合方程式

實際上不止一種顏色混合方程式，OpenGL有5個不同的方程式進行選擇谬莹。

glbBlendEquation(GLenum mode);

模式	函數(shù)
GL_FUNC_ADD	Cf = (Cs * S) + (Cd * D)
GL_FUNC_SUBTRACT	Cf = (Cs * S) - (Cd * D)
GL_FUNC_REVERSE_SUBTRACT	Cf = (Cd * D) - (Cs * S)
GL_MIN	Cf = min(Cs, Cd)
GL_MAX	Cf = max(Cs, Cd)

5.3 設(shè)置混合因?

//S:源混合因?
//D:?標混合因子
glBlendFunc(GLenum S, GLenum D);

函數(shù)	RGB混合因子 Alpha混合因子
GL_ZERO	(0, 0, 0) 0
GL_ONE	(1, 1, 1) 1
GL_SRC_COLOR	(Rs, Gs, Bs) As
GL_ONE_MINUS_SCR_COLOR	(1, 1, 1) - (Rs, Gs, Bs) 1 - As
GL_DST_COLOR	(Rd, Gd, Bd) Ad
GL_ONE_MINUS_DST_COLOR	(1, 1, 1) - (Rd, Gd, Bd) 1 - Ad
GL_SRC_ALPHA	(As, As, As) As
GL_ONE_MINUS_SCR_ALPHA	(1, 1, 1) - (As, As, As) 1- As
GL_DST_ALPHA	(Ad, Ad, Ad) Ad
GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA	(1, 1, 1) - (Ad, Ad, Ad) 1- Ad
GL_CONSTANT_COLOR	(Rc, Gc, Bc) Ac
GL_ONE_MINUS_CONSTANT_ALPHA	(1, 1, 1) - (Ac, Ac, Ac) 1- Ac
GL_CONSTANT_ALPHA	(Ac, Ac, Ac) Ac
GL_ONE_MINUS_CONSTANT_ALPHA	(1, 1, 1) - (Ac, Ac, Ac) 1- Ac
GL_SRC_ALPHA_SATURATE	(f, f, f)* f = min(As, 1 - Ad) 1

表中R檩奠、G、B附帽、A 分別代表紅埠戳、綠、藍蕉扮、Alpha
表中下標S整胃、D，分別代表源喳钟、?標
表中C 代表常量顏?(默認?色)

常量混合顏色
默認初始化為?色(0, 0, 0, 0)屁使，通過下面的函數(shù)可以修改這個顏色。

void glBlendColor(GLclampf red, GLclampf green, GLclampf blue, GLclampf alpha );

glBlendFuncSeparate函數(shù)
除了能使?OpenGL內(nèi)置的混合因?奔则，還可以有更靈活的選擇蛮寂。

//strRGB: 源顏色的混合因?
//dstRGB: 目標顏?的混合因?
//strAlpha: 源顏?的Alpha因?
//dstAlpha: 目標顏?的Alpha因?
void glBlendFuncSeparate(GLenum strRGB, GLenum dstRGB , GLenum strAlpha, GLenum dstAlpha);

5.3.1 舉例

下?通過一個常見的混合函數(shù)組合來說明問題：

glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

如果顏色緩存區(qū)已經(jīng)有一種顏?紅色(1, 0, 0, 0)
在這上面混合一種alpha為0.6的藍色(0, 0, 1, 0.6)

Cd (目標顏色) = (1, 0, 0, 0)
Cs (源顏色) = (0, 0, 1, 0.6)
S = 源alpha值 = 0.6
D = 1 - 源alpha值= 1-0.6 = 0.4
?程式Cf = (Cs * S) + (Cd * D)
等價于 = (Blue * 0.6) + (Red * 0.4)

最終顏色是以原先的紅色(?標顏色)與后來的藍色(源顏色)進?組合。源顏色的alpha值越高易茬，添加的藍色顏色成分越高酬蹋，?標顏?所保留的成分就會越少。

OpenGL渲染技巧

OpenGL渲染技巧

1瞳抓、隱藏面消除

1. 油畫算法

2.正背面剔除（Face Culling）

1.2.1OpenGL中的剔除

2凰浮、深度測試

2.1深度

2.2深度緩沖區(qū)

為什么需要深度緩沖區(qū)?

有了深度緩沖區(qū)后，繪制物體的順序就不那么重要了蜈彼。

2.3深度測試

2.4深度值的計算

2.5 深度值的使用

2.6總結(jié)

3铃辖、ZFighting閃爍問題

3.1原因

3.2解決方案

3.3 問題的預防

4稚补、裁剪

4.1 理解窗口匙监、視口、裁剪區(qū)域

5混合

5.1 顏色混合

5.2 混合方程式

5.3.1 舉例