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factorunits,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。

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