OpenGL-甜甜圈demo（深度測(cè)試+正背面剔除）

開(kāi)場(chǎng)白

這篇文章介紹一下正背面剔除和深度測(cè)試相關(guān)知識(shí)，demo中渲染一個(gè)甜甜圈堂湖，效果如圖：

效果圖

1.畫(huà)個(gè)甜甜圈

1.1 甜甜圈的API

GLTools提供了API方法畫(huà)甜甜圈
void gltMakeTorus(GLTriangleBatch& torusBatch, GLfloat majorRadius, GLfloat minorRadius, GLint numMajor, GLint numMinor)

參數(shù)1：容器輔助類闲先，使用一個(gè)三角形批次類状土。
參數(shù)2：外邊緣半徑
參數(shù)3：內(nèi)邊緣半徑
參數(shù)4、5：主半徑和從半徑的細(xì)分單元數(shù)量

SetupRC中的調(diào)用：
gltMakeTorus(torusBatch, 1.0f, 0.3f, 52, 26);
參數(shù)4伺糠、5：主從半徑細(xì)分單元數(shù)量比例通常保持2：1

1.2 著色器設(shè)置

1.2.1 平面著色器

使用我們比較熟悉的平面著色器GLT_SHADER_FLAT：
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vRed);
來(lái)看看效果：

使用這個(gè)著色器看起來(lái)沒(méi)有顏色的層次感蒙谓，看來(lái)這個(gè)平面著色器不適合。

1.2.2 默認(rèn)光源著色器

顏色沒(méi)有層次感训桶，也就看起來(lái)不立體累驮。其實(shí)缺少的是光源和陰影。所以我們用默認(rèn)光源著色器GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT看看效果：
RenderScene中代碼調(diào)用：
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT, transformPipeline.GetModelViewMatrix(), transformPipeline.GetProjectionMatrix(),vRed);
注意：默認(rèn)光源著色器需要四個(gè)參數(shù)
運(yùn)行后看看效果：

完美６娼摇０ā！
但是琉朽，當(dāng)你動(dòng)的時(shí)候，你會(huì)看到：

甜甜圈好像變質(zhì)了稚铣，這是什么原因箱叁？這個(gè)是我們接下來(lái)要了解的正背面剔除

2.解決甜甜圈變質(zhì)-正背面剔除

2.1 變質(zhì)原因：

在繪制3D場(chǎng)景中的物體時(shí)，我們能看到的正面是我們想看到的地方惕医，反面是我們視角不可見(jiàn)的地方耕漱，但是當(dāng)我們移動(dòng)物體的時(shí)候，本該不可見(jiàn)的地方可見(jiàn)了抬伺，此時(shí)我們就得根據(jù)一定規(guī)則來(lái)確認(rèn)和調(diào)整可視部分螟够。

2.2 油畫(huà)算法

比較簡(jiǎn)單的解決方法就是對(duì)于看不到的部分就丟棄掉，不進(jìn)行渲染峡钓。這種情況叫做“隱藏面消除”妓笙。油畫(huà)算法可以實(shí)現(xiàn)這種方式，油畫(huà)算法是先繪制較遠(yuǎn)的物體能岩，再繪制較近的物體寞宫。如圖：

先繪制紅色框框，再繪制黃色的圓拉鹃，最后繪制帶圓角的灰色框框辈赋。這樣可以做到“隱藏面消除”的效果。

但是油畫(huà)算法也有它的弊端膏燕，如圖：

油畫(huà)算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)三個(gè)三角形互相疊加的效果钥屈，因?yàn)椴恢滥膫€(gè)圖形是較遠(yuǎn)的，哪個(gè)圖形是較近的坝辫。簡(jiǎn)單的說(shuō)篷就，油畫(huà)算法可以處理2D圖形疊加情況，但無(wú)法處理3D圖形近忙。

2.3 正背面剔除

對(duì)于一個(gè)3D圖形腻脏，我們?cè)撊绾翁幚懑B加情況呢鸦泳？
我們從觀察一個(gè)長(zhǎng)方體來(lái)思考：

從任意方向看，最多能看到長(zhǎng)方體的三個(gè)面永品，那么其他三個(gè)看不到面的數(shù)據(jù)做鹰，可以丟棄不用。這樣還可以提高OpenGL的渲染效率鼎姐。算下來(lái)最低可以提升50%的性能钾麸。

有些朋友會(huì)問(wèn)，那當(dāng)我移動(dòng)物體的時(shí)候呢炕桨？
當(dāng)物體每次移動(dòng)時(shí)饭尝，OpenGL都會(huì)去進(jìn)行每個(gè)像素的重新渲染，也就是調(diào)用RenderScene回調(diào)函數(shù)献宫。
是中這種方式就可以解決3D圖形疊加的情況钥平。這種模式我們叫做正背面剔除法

如何確認(rèn)哪些面觀察者能看到？其實(shí)任何平面都有2個(gè)面姊途，正面和北面涉瘾，而我們只能在固定時(shí)間內(nèi)看到一個(gè)面，要不正面捷兰，要不背面立叛。
OpenGL是如何來(lái)確定哪個(gè)是正面的呢？

OpenGl默認(rèn)規(guī)定贡茅，頂點(diǎn)順序是逆時(shí)針連接的為正面秘蛇，相反順時(shí)針的情況為背面。但是這個(gè)取決于觀察者的位置顶考，所以觀察者位置也是條件之一赁还。
如上圖：
當(dāng)觀察者在右側(cè)的時(shí)候，看到的右邊三角形為正面驹沿，而左側(cè)的三角形為背面秽浇。當(dāng)觀察者在左側(cè)的時(shí)候，則左側(cè)為正面甚负，右側(cè)為背面柬焕。

簡(jiǎn)單總結(jié)：
正面和背面取決于頂點(diǎn)連接順序的方向以及觀察者的位置共同決定的。隨著觀察者位置的變化，正面和背面也是交替變化的。

2.4 代碼實(shí)現(xiàn)

說(shuō)了這么多理論糊肤，代碼要如何寫呢？
其實(shí)代碼很簡(jiǎn)單富玷，只要在OpenGl的狀態(tài)機(jī)中開(kāi)啟相應(yīng)的功能就可以：

//開(kāi)啟表面剔除
glEnable(GL_CULL_FACE);
//關(guān)閉表面剔除
glDisable(GL_CULL_FACE);

也可以用戶自己選擇剔除面

void glCullFace(GLenum mode); 
//mode參數(shù)為: GL_FRONT,GL_BACK,GL_FRONT_AND_BACK ,默認(rèn)GL_BACK

還可以修改頂點(diǎn)繞序。這個(gè)不建議修改，如果修改了赎懦，不被同事打4雀鹃，也得被打殘！

void glFrontFace(GLenum mode); 
//mode參數(shù)為: GL_CW,GL_CCW,默認(rèn)值:GL_CCW

工程中代碼實(shí)現(xiàn)：

void RenderScene(void) {
    ...
    if (iCull) {
        glEnable(GL_CULL_FACE);
        glFrontFace(GL_CCW);
        glCullFace(GL_BACK);
    } else {
        glDisable(GL_CULL_FACE);
    }
    ...
}

看看運(yùn)行效果：

問(wèn)題解決了励两，但是好像甜甜圈被要了一口＠杈ァ！当悔！

3. 甜甜圈被咬一口解決方案-深度測(cè)試

先了解一些概念：

深度：就是3D世界中z軸方向中值傅瞻。
深度緩沖區(qū)：一塊內(nèi)存區(qū)，專門存儲(chǔ)像素點(diǎn)（繪制在屏幕上的）的深度值盲憎。深度值越大嗅骄，說(shuō)明離觀察者越遠(yuǎn)。
使用深度緩沖區(qū)存在的意義：當(dāng)先繪制離觀察者比較近的物體饼疙，再繪制比較遠(yuǎn)的物體溺森。會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)物體覆蓋近物體的情況。如果有深度信息（存放在深度緩沖區(qū)中的信息）窑眯，那么就可以不用在意繪制物體的先后順序屏积。其實(shí)只要有深度緩沖區(qū)，OpenGL就會(huì)把像素的深度記錄在緩沖區(qū)中伸但，除非調(diào)用glDepthMask(GL_FALSE)方法肾请，明確說(shuō)明禁止寫入留搔。

通過(guò)上面的概念更胖，我們來(lái)了解一下什么是深度測(cè)試：
深度緩沖區(qū)(DepthBuffer)和顏?緩存區(qū)(ColorBuffer)是對(duì)應(yīng)的.顏?緩存區(qū)存儲(chǔ)像素的顏?信息,?深度緩沖區(qū)存儲(chǔ)像素的深度信息. 在決定是否繪制?個(gè)物體表?時(shí), ?先要將表?對(duì)應(yīng)的像素的深度值與當(dāng)前深度緩沖區(qū)中的值進(jìn)??較. 如果?于深度緩沖區(qū)中的值,則丟棄這部分.否則利?這個(gè)像素對(duì)應(yīng)的深度值和顏?值.分別更新深度緩沖區(qū)和顏?緩存區(qū). 這個(gè)過(guò)程稱為”深度測(cè)試”

3.1開(kāi)啟深度測(cè)試：

glEnable(GL_DEPTH_TEST);
在繪制場(chǎng)景前,清除顏?緩存區(qū),深度緩沖glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
清除深度緩沖區(qū)默認(rèn)值為1.0,表示最?的深度值,深度值的范圍為(0,1)之間.

3.2指定深度測(cè)試判斷模式

void glDepthFunc(GLEnum mode);

參數(shù)是枚舉類型，取值有：

3.3打開(kāi)/阻斷深度緩存區(qū)寫?

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

3.4 代碼實(shí)現(xiàn)