OpenGL03 —— 渲染:甜甜圈正背面剔除

正背面剔除来源:甜甜圈绘制

甜甜圈绘制流程
1:main函数:
准备工作 ——》自定义函数注册
2:ChangeSize函数:
设置视口 ——》设置投影矩阵(设置投影矩阵方式:透视投影。得到投影矩阵并载入投影矩阵堆栈)——》初始化渲染管线(将投影矩阵模型试图矩阵放入其中)
3:SetupRC函数:
初始化(背景颜色、存储着色器管理类初始化、设置观察者位置(观察者动,物体不动))——》甜甜圈绘制准备(创建一个甜甜圈,设置点的大小)
4:mainloop:
重塑消息——> ChangeSize函数;绘制消息——> RenderScene函数;特殊键位触发消息——>SpecialKeys函数;循环调用。

SetupRC函数

金字塔的案例中使用的是观察者不动,物体动的方式,设置观察者到物体的距离,在甜甜圈案例中使用新的方式设置观察者到物体的距离,即观察者动,物体不动,并创建一个甜甜圈

RenderScene函数

主要是用于绘制甜甜圈,其流程如下所示


RenderScene

最终,得到的甜甜圈如图所示
image.png

将其旋转的话,便会发现问题
未做正面剔除的效果图

一个物体在光照下是有两面的:阳面(光照覆盖的面)和阴面(背光的面),上图中黄色部分就是我们理解的阳面,黑色即为阴面,但是上图的甜甜圈
看起来特别奇怪,本该显示阳面的部分确显示了阴面。

简单概括下出现的问题:甜甜圈在旋转过程中,OpenGL不知道该显示哪些界面,导致本来是观察者不应该看到且该丢弃部分,不仅看到了,而且没有将隐藏部分丢弃。也就是在视觉层面,旋转的甜甜圈有没绘制到的地方。

有可能解决的方案
  • 画家算法:由远及近的绘制不同图层,近的图层遮挡住远处的图层,被覆盖部分会绘制多次

但是画家算法不能完全解决,仅仅解决了有远近次序的图形,针对无法区分出谁远谁近的情况,画家算法就无法满足。(PS:三个三角形叠加的情况)

一个物体在光照下是有两面的:阳面(光照覆盖的面)和阴面(背光的面),上图中黄色部分就是我们理解的阳面,黑色即为阴面,但是上图的甜甜圈
看起来特别奇怪,本该显示阳面的部分确显示了阴面。

简单概括下出现的问题:甜甜圈在旋转过程中,OpenGL不知道该显示哪些界面,导致本来是观察者不应该看到且该丢弃部分,不仅看到了,而且没有将隐藏部分丢弃。

我们是如何知道哪个面显示,哪些不显示呢?

  • 其实在OpenGL中默认规定了逆时针方向绘制的三角形是正面,当然你可以改为顺时针为正面,但是一般不建议这么操作,主要是由于这个设置不仅仅是作用于你的项目,而是作用于OpenGL全局的。我们习惯OpenGL中默认的即可。
//用于修改正面的函数
void glFrontFace(GLenum mode);

//model有两种:GL_CW(顺时针),GL_CCW(逆时针),
//OpenGL中的默认值:GL_CCW
  • OpenGL内部会通过分析顶点数据的顺序来确认正反面,这个并不需要开发者关注,只需将正背面剔除,开启/关闭即可

正背面剔除技巧主要涉及三个方法
1:开启正背面剔除

//开启表面剔除 (默认背面剔除)
void glEnable(GL_CULL_FACE);

2:关闭正背面剔除

//关闭表面剔除(默认背面剔除)
void glDisable(GL_CULL_FACE);

3:设置需要剔除的面

void glCullFace(GLenum mode);

mode主要有3类

枚举值 说明
GL_FRONT 剔除正面
GL_BACK 剔除背面,是默认值
GL_FRONT_AND_BACK 剔除正背面

甜甜圈 作 正背面剔除

主要是在原代码的基础上作以下修改

  • main中注册有机菜单栏回调函数
    glutCreateMenu(ProcessMenu);
    glutAddMenuEntry("Toggle depth test",1);
    glutAddMenuEntry("Toggle cull backface",2);
    glutAddMenuEntry("Set Fill Mode", 3);
    glutAddMenuEntry("Set Line Mode", 4);
    glutAddMenuEntry("Set Point Mode", 5);
    glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);
  • 新增 ProcessMenu函数
    通过mainloop监听右键菜单触发的消息,收到点击触发消息后,回调该函数对相应菜单进行的点击操作,主要逻辑如图所示


    ProcessMenu函数流程
  • 在RenderScene函数中新增正背面剔除的开启/关闭操作


    添加了正背面剔除的RenderScene函数
//开启/关闭正背面剔除功能
    if (iCull) {
        glEnable(GL_CULL_FACE);
        //以下两行是默认的,可以不写
        glFrontFace(GL_CCW);
        glCullFace(GL_BACK);
    }else
    {
        glDisable(GL_CULL_FACE);
    }

附一张添加剔除效果的甜甜圈图


image.png

PS:但是,该效果图并不完美,旋转过程中,会有透明的缺失,有待研究。

隐藏面消除方案 总结

正背面消除
需要根据顶点数据顺序判断用户可见部分与隐藏面,隐藏面直接丢弃,不绘制,只绘制可见部分

深度测试
可以一次性解决隐藏面消除问题,原理是不管有多少图层,只显示可见图层,剩余不可见的都丢弃

问题 总结
问题一:使用平面着色器绘制甜甜圈,会出现隐藏面消除吗?

会出现,由于都是红色,因此没有办法区别谁是正面,谁是背面,所以导致肉眼无法察觉
问题二:为什么使用默认光源着色器会出现隐藏面消除?

是因为在默光源着色器中,在光源无法照射的部分会呈现黑色,被照射部分呈现红色,可以非常直观的通过肉眼看出谁是正面,谁是反面。

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