OpenGL渲染方式基础学习笔记

在OpenGL绘制3D立体场景绘制中。不同图形之间会出现重叠、遮挡、交叉。并且光源着色器对图形颜色进行重新计算。这就需要我们决定哪些部分是对观察者可见，哪些地方对观察者不可见。对于不可见的部分应及早丢弃
如不进行相关设置，则在渲染过程中会出现一些奇怪的情况。例如下图。

image.png

image.png

在设置隐藏面消除的过程，实际上就是 根据象素点距离观察者的距离对图形进行深度排序
OpenGL提供了三种比较常见的解决隐藏面消除的方法：

• 油画法
• 背面剔除
• 深度缓冲 (也叫做 z-buffering)
  但是很遗憾这几种方法每种都有其局限性. 根据不同场景将三种方法结合使用。能解决大部分常见问题

1.油画法

OpenGL默认的渲染方式，无需代码设置，先绘制场景中距离观察者较远的物体，再绘制距离较近的物体

绘制顺序: 红->黄->灰

1.1 油画法优点

• 1适合处理数量较少、较大的物体，此时处理速度较快且层级清晰（适用于其他两种渲染方式会出问题的情况）
• 2 适合处理透明物体（具体见后面深度测试的问题。两个透明物体相交时仍然会有排序错误）

1.2 油画法缺点

• 1 执行效率低：如图形较小，或者图形较多。则需要大量重复绘制，效率较低
• 2. 无法处理图形重叠、交叉等现象，如下图

image.png

不透明的物体按深度缓冲排序
透明物体和不透明物体仍然会被深度缓冲处理(所以你永远不会通过一个不透明物体看到一个透明的)
油画家算法对透明的物体排序(两个透明物体相交时仍然会有排序错误)
依赖背面剔除来对单个透明物体上的三角形排序(如果物体不是凸面体也会产生错误)

2.背面剔除

对一个3D物体，通常我们最多可以看到物体的正面，而不能看到反面，如果我们采用一种方式识别出正面和反面，则不但可以提升绘制效率，也有助于解决视图绘制中出现的一些错位问题

2.1 如何识别正面反面

例如通常在OpenGL中。是使用三角形绘制图形。如图

OpenGL中大多数图形都是使用三角形做的绘制

在一个立体图形的绘制过程中，随着图形绘制延展到背面，顶点绘制顺序会变得相反（这块我刚开始有些难理解，但是如果将一个盒子拆成平面，并且按照同一个顺序绘制三角形。等到组合成盒子的时候，背面的三角形从正面看，就是和正面三角形顺序是反向的。这块需要一点空间想象力）

image.png

那么识别正反面的方式，就是通过分析顶点绘制顺序。确定正反面，背面剔除的原理就是

• 1 确定一个方向是正面
• 2 反面不进行绘制

启动背面剔除代码

 
开启表⾯面剔除(默认背⾯面剔除)
void glEnable(GL_CULL_FACE);
关闭表⾯面剔除(默认背⾯面剔除)
void glDisable(GL_CULL_FACE);
⽤用户选择剔除那个⾯面(正⾯面/背⾯面) 
void glCullFace(GLenum mode);
mode参数为: GL_FRONT,GL_BACK,GL_FRONT_AND_BACK ,默认GL_BACK ⽤用户指定绕序那个为正⾯面

2.2 背面剔除的缺点

背面剔除的缺点在于，如果识别背面的方式仅仅是通过顶点绘制顺序的话。对于一些多面图形，有可能会出现多余剔除的效果。如图

image.png

这个功能，依赖于使用深度测试解决

3 深度测试

为了解决背面剔除重复剔除的问题。OpenGL提供了深度缓冲区的方案。记录每个像素点的深度值。通过比较，找到距离观察者最近的那个像素点绘制，其他的像素点都丢弃。这样就不会出现重复剔除的问题。

3.1 深度缓冲区

深度缓冲区（DEPTH_BUFFER）与颜色缓冲区对应,用于记录上面每个像素的深度值,通过深度缓冲区,我们可以进行深度测试,从而确定像素的遮挡关系,保证渲染

颜色缓冲区（COLOR_BUFFER）就是帧缓冲区（FRAME_BUFFER）,你需要渲染的场景最终每一个像素都要写入该缓冲区,然后由它在渲染到屏幕上显示.

3.2深度缓冲原理

深度缓冲区原理就是把一个距离观察平面(近裁剪面)的深度值(或距离)与窗口中的每个像素相关联。

• 1首先，使用glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT),把所有像素的深度值设置为最大值(一般是远裁剪面)。

• 2 绘制所有物体，此时并不考虑遮挡

• 3 绘制完所有物体之后，根据深度测试规则，符合最终条件的像素会被绘制，其他像素被丢弃

启动并关闭深度测试代码

/*每次启动之前，都需要调用glClear清除深度缓冲区*/
void glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
void glEnable(GL_DEPTH_TEST)  

void glDisable(GL_DEPTH_TEST)  

void glDepthMask(GLBool value);
value : GL_TURE 开启深度缓冲区写⼊入; GL_FALSE 关闭深度缓冲区写⼊入

深度比较类型

image.png

4 小总结

• 不透明的物体按深度缓冲排序
• 透明物体和不透明物体仍然会被深度缓冲处理(所以你永远不会通过一个不透明物体看到一个透明的)
• 油画家算法对透明的物体排序(两个透明物体相交时仍然会有排序错误)
• 依赖背面剔除来对单个透明物体上的三角形排序(如果物体不是凸面体也会产生错误)

另外其实关于图形渲染除了OpenGL提供的基础方法之外，还可以采用一些图形图像算法的方式，如下面这篇文章

参考文档

OpenGL深度剥离算法（Depth Peeling）半透明实现
opengl渲染透明的三角面片的问题
Alpha混合物体的深度排序
深度缓冲详解(DepthBuffer)
OpenGL 深度缓冲区 Z缓冲区 介绍