OpenGL-正背面剔除

在我们写过的一个甜甜圈案例中,旋转过程中显示出现了问题,如下图:

甜甜圈旋转.png
为什么会这样呢?

这是因为3D场景在旋转过程中,由于设置了光源的原因(可见部分为红色,不可见部分为黑色),但是GPU无法分辨哪些面对于观察者来说是可见的,哪些面是不可见的,导致不可见的区域出现在了我们的视线中。

其实我们应该把不可见的部分及早丢弃,例如在一个不透明的墙壁后,就不应该渲染.这种情况叫做”隐藏⾯消除”(Hidden surface elimination).

如何避免这种现象出现呢?
  1. “油画算法”:GPU是一层一层的将内容渲染到屏幕上
  • 对图像进行排序
  • 画距离较远的
  • 再画距离最近的物体。

这样就可以解决隐藏面消除的问题

但是这样会有一些弊端:
  1. 我们必须对重叠的地方的每个像素点进行两次2次写操作,而会使速度变慢
  2. 对独立三角形进行排序开销过高
  3. 油画算法有瓶颈期,比如绘制图像交叠时,没有明确的先后向顺序就无从下手绘制了,如:
    图像交叠.png
此时我们就需要使用OpenGL提供的正背面剔除来解决这种比较复杂的问题

正背面剔除:对于一个3D图形,我们不管从什么角度去观察,同时看到的最多有三个面。那我们为什么要画那些看不见的面呢?如果丢弃这部分数据,渲染时还能提高50%的性能。

什么是正面 ?

按照逆时针顶点连接顺序的三角形面

什么是背面?

按照顺时针顶点连接顺序的三角形面

总结:正面和背面是由三角形的顶点定义顺序和观察者方向共同决定的.随着观察者的角度方向的改变,正面背面也会跟着改变

OpenGL通过分析顶点数据的顺序,以及观察者矩阵可以做到确定某些面是正面朝向观察者,并渲染他们,从而丢弃背面朝向的面,以节省片元着色器的性能,这就是正背面剔除的应用。
常用的正背面剔除相关API

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

不常用的正背面剔除相关API

之所以说不常用是因为:这些API的设置都有系统提供的默认值,如果修改就需要整个项目参与人员的共同配合,不利于合作开发

//⽤户选择剔除那个面(正⾯/背面) 
//mode参数为: GL_FRONT,GL_BACK,GL_FRONT_AND_BACK ,
void glCullFace(GLenum mode);
//默认GL_BACK ⽤用户指定绕序那个为正⾯面
//mode参数为: GL_CW,GL_CCW,默认值:GL_CCW
void glFrontFace(GLenum mode); 
//例如,剔除正⾯面实现(1) 
glCullFace(GL_BACK);
glFrontFace(GL_CW);
//例如,剔除正⾯面实现(2)
glCullFace(GL_FRONT);

我们开启正背面剔除后,重新运行项目,旋转甜甜圈,当前后两个正面重叠时,此时OpenGL不能清楚分辨,应该显示那个正面(那个图层在前哪个图层在后),则会出现这种被啃一口的现象:

image.png

所以隐藏面消除如果使用正背面剔除来解决,还是会出现一定的问题,那么我们该如何更好的解决呢?
下一篇OpenGL-深度测试我们接着探索

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