OpenGL绘制立体图形绘制过程中的问题（正背面剔除、深度测试）

问题：

在绘制3D场景时，我们需要决定哪些部分是对观察者可⻅的，或者哪些部分是不可见的。对于不可⻅的部分，应该及早丢弃，这种做法叫做隐藏⾯消除。
解决方法：

油画算法
正背⾯剔除(Face Culling)
深度测试（待总结）

油画算法：

先绘制场景中的离观察者较远的物体，再绘制较近的物体。
缺点：针对一些无法区分先后顺序的图形，油画算法不能做到隐藏面消除，例如下面这种情况：

3344530-0e86c0f544070b07.png

正背面剔除

从任何⼀个⽅向去观察一个立方体，最多可以看到3个⾯。如果我们能以某种⽅式去丢弃这部分数据，OpenGL在渲染的性能即可提高超过50%。任何平⾯都有2个⾯：正⾯和背面，⼀个时刻我们只能看到一面。通过分析顶点数据的顺序，OpenGL可以做到检查所有正面朝向观察者的面，并渲染它们；从⽽丢弃背面朝向的面。
开启正背面剔除

        glEnable(GL_CULL_FACE);

关闭正背面剔除

        glDisable(GL_CULL_FACE);

正/背面的区分:
正⾯：按照逆时针顶点连接顺序的三⻆形⾯
背⾯：按照顺时针顶点连接顺序的三角形⾯

缺点：如果前后两个点都是正面或是背面，这时OpenGL无法区分哪个面在前，哪个面在后，就可能出现下图所示的问题。

正背面剔除的弊端.png

新增函数解析(ProcessMenu)

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。
注册ProcessMenu函数并添加菜单项

    //添加右击菜单栏
    // Create the Menu
    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);

深度测试

什么是深度
深度其实就是该像素点在3D世界中距离摄像机的距离,Z值（*是指图形本身的Z值）
什么是深度缓冲区
深度缓存区,就是一块内存（显存中）区域,专门存储着每个像素点(绘制在屏幕上的)深度值.深度值(Z值)越⼤, 则离摄像机就越远.
为什么需要深度缓冲区
在不使⽤用深度测试的时候,如果我们先绘制一个距离比较近的物理,再绘制距离较远的物理,则距离远的位图因为后绘制,会把距离近的物体覆盖掉. 有了深度缓冲区后,绘制物体的顺序就不那么重要. 实际上,只要存在深度缓冲区,OpenGL 都会把像素的深度值写入到缓冲区中. 除⾮非调用 glDepthMask(GL_FALSE).来禁止写⼊.
什么是深度测试
深度缓冲区(DepthBuffer)和颜色缓存区(ColorBuffer)是对应的.颜色缓存区存储像素的颜色信息,而深度缓冲区存储像素的深度信息. 在决定是否绘制一个物体表面时, ⾸先要将表面对应的像素的深度值与当前深度缓冲区中的值进行⽐较. 如果大于深度缓冲区中的值,则丢弃这部分.否则利⽤这个像素对应的深度值和颜色值.分别更新深度缓冲区和颜⾊缓存区. 这个过程称为”深度测试”

开启深度测试

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

关闭深度测试

glDisable(GL_DEPTH_TEST);

指定深度测试判断模式

void glDepthFunc(GLEnum mode);

深度测试判断模式.png

补充：
设置填充模式，用点、线、全部填充

glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_POINT);

深度测试存在的问题(Z冲突/Z闪烁)

原因因为开启深度测试后,OpenGL 就不会再去绘制模型被遮挡的部分. 这样实现的显示更加真实.但是由于深度缓冲区精度的限制对于深度相差⾮常小的情况下.(例如在同一平⾯上进行2次绘制),OpenGL 就可能出现不能正确判断两者的深度值,会导致深度测试的结果不可预测.显示出来的现象是交错闪烁的，前面2个画面,交错出现.
解决方法（多边形偏移）
让深度值之间产生间隔.如果2个图形之间有间隔,是不是意味着就不会产⽣干涉.可以理解为在执行深度测试前将⽴立⽅体的深度值做一些细微的增加.于是就能将重叠的2个图形深度值之间有所区分.
开启多边形偏移

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

设置偏移量
通过glPolygonOffset 来指定.glPolygonOffset 需要2个参数: factor , units
每个Fragment 的深度值都会增加如下所示的偏移量:Offset = ( m * factor ) + ( r * units);
m : 多边形的深度的斜率的最⼤值,理解⼀个多边形越是与近裁剪面平⾏,m 就越接近于0.
r : 能产⽣于窗⼝坐标系的深度值中可分辨的差异最⼩值.r 是由具体是OpenGL 平台指定的一个常量.
⼀个⼤于0的Offset 会把模型推到离你(摄像机)更远的位置,相应的一个小于0的Offset 会把模型拉近
⼀般⽽言,只需要将-1.0 和 -1 这样简单赋值给glPolygonOffset 基本可以满⾜需求.

glPolygonOffset(<#GLfloat factor#>, <#GLfloat units#>)

关闭多边形偏移

glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

如何避免Z冲突
不要将两个物体靠的太近，避免渲染时三⻆形叠在⼀起。这种⽅式要求对场景中物体插入一个少量的偏移，那么就可能避免ZFighting现象。当然手动去插入这个⼩的偏移是要付出代价的。
尽可能将近裁剪面设置得离观察者远一些。上面我们看到，在近裁剪平面附近，深度的精确度是很⾼的，因此尽可能让近裁剪面远一些的话，会使整个裁剪范围内的精确度变⾼一些。但是这种方式会使离观察者较近的物体被裁减掉，因此需要调试好裁剪⾯参数。
使⽤更⾼位数的深度缓冲区，通常使⽤的深度缓冲区是24位的，现在有⼀些硬件使⽤32位的缓冲区，使精确度得到提高