openGL4.X 深度测试(depth testing) framebuffer中

深度测试 depth testing

作为openGL渲染的最后一步，在fragment shader之后，依次进行 裁剪测试->模板测试->深度测试

当深度测试开启之后（默认关闭），gl会把每个从fragment shader中生成的fragment（像素片段）的深度值与frame buffer中相应的fragment的深度值进行比较。如果通过了深度测试（由你定义通过的条件）那么frame buffer中的fragment被新生成的fragment所替代。相反没通过则丢弃所生成的fragment。

primitive assemble（几何基元组装）是由一个顶点位置集合（set）按顺序组成。每个顶点都有z轴坐标值。
这个坐标被放缩，偏移使其落在0到1之间，负数表示在摄像机屏幕之后，眼睛的后面，这个范围被视为正常可见范围（当然你也可以设置成所有范围可见无论0-1，但通常我不建议这么做，除非你写的是外挂。。呵呵）。随后深度测试时，就测试framebuffer中的深度值与新生成的fragment哪个深度值从正向更趋近于0,0代表眼睛的位置。1代表无限远。。具体参见齐次坐标系。

就像上面所述的那样，你可以选择自己想要的深度比较函数，来决定是否它应该通过测试，而非默认的正向靠近0作为通过条件。设置深度比较函数，使用glDepthFunc(),它的原型是

void glDepthFunc(GLenum func);

这里的func是可选深度比较操作函数之一，合法可选值在下表。

参数（function） | Meaning
GL_ALWAYS | 深度测试永远通过，所有生成的fragment都取代旧fragment
GL_NEVER | 深度测试永远不通过，所有生成的fragment皆抛弃
GL_LESS | 如果新fragment深度值比旧fragment深度值更小则通过
GL_LEQUAL | 如果新fragment深度值比旧fragment深度值更小或相等则通过
GL_EQUAL | 如果新fragment深度值比旧fragment深度值相等则通过
GL_NOTEQUAL | 如果新fragment深度值比旧fragment深度值不相等则通过
GL_GREATER , GL_GEQUAL 类似

深度值夹紧 depth clamping

OpenGL把每个片段fragment的深度放缩到0-1之间的一个有限范围内。片段的深度值为0的话则表明它与近裁截面重合相交（如果是真实世界的话就是刺入你的眼睛），1代表物体的最远距离，但不是无限远。为了消除远裁截面并在任意距离上绘制图形，我们需要在深度缓存depth buffer中储存任意大的深度值–当然这是计算机不可能实现的。为了绕过这个坑，openGL可以用深度数值夹紧到0-1范围选项来关闭近远截面所造成的截面。这意味着任何在近平面之前，和远平面之后的几何都都会被最终投射到平面之上从而被看见。

为了开启深度值夹紧（同时关闭近远切平面），我们调用

glEnable(GL_DEPTH_CLAMP);

禁止深度夹紧

glDisable(GL_DEPTH_CLAMP);

下图显示了开启深度值夹紧开启时直线横穿近平面时所产生的效果。

我们可以看见穿出近平面虚线被投射到近平面上。如同最右侧图一样。
最终黑色线条被全部写入深度缓存depth buffer当中。下图显示了实际应用所表现的效果。

在左侧的图，几何模型靠观察者太近，以至于部分模型穿出了近平面之前，所以部分几何被截断。这一部分被截断的几何不会被绘制出来，表现为模型上的一些孔洞。这是深度缓存中的深度值没有被转换成标准显示范围0-1内，所以图像显得不正常。

前期测试

逻辑上来说深度和模板测试是发生在fragment从shader渲染之后，但是现在大多数显卡支持这些测试在fragment进入shader之前，这样就避免了执行shader渲染然后再测试抛弃这些不用的fragment所带来的额外开销时间。但不管怎么样，如果shader有额外效应如直接写如纹理贴图等操作应谨慎使用前期测试。

一个特殊的例子是你可以在shader中停止opengl执行深度测试，只要写入opengl fragment shader中一个内置的输出(output)变量gl_FragDepth。
这个特殊的内置输出(output)变量gl_FragDepth可以被写入值用以刷新深度缓存中的深度值。如果fragment shader不用这个变量，那么一个插值过的深度值将会被使用。你的fragment shader可以计算一个全新的值赋给gl_fragDepth，或也可以获取gl_FragCoord.z的值赋予它。这个全新的值会直接通过深度检测。你可以使用这个特性，去稍微改变深度缓存，来造出一个凸起的平面。当一个新的物体被深度测试时，结果取决于shader。

因为你的shader改变了fragment的深度值，所以opengl没有办法在shader之前执行深度测试。为了解决这种情况，opengl提供了一些layout qualifiers让你告诉它你打算对深度值做什么操作。

记住，深度缓存中的深度值是介于0-1之间，深度测试的比较操作包括GL_LESS和GL_GREATER。如果你在shader中设置了一个值小于当前值，那么他就会被渲染。

layout qualifier 可以让你告诉opengl你要对gl_Fragment做什么

下列是一些你可以申明的

layout (depth_any) out float gl_FragDepth;
layout (depth_less) out float gl_FragDepth;
layout (depth_greater) out float gl_FragDepth;
layout (depth_unchanged) out float gl_FragDepth;

如果你使用depth_any，就等于告诉opengl你可能对gl_FragDepth写入任意值。这时opengl完全不知道你要干什么。如果你指定为depth_less，那么你告诉opengl任意写进gl_FragDepth的值都小于现在的depth buffer中的深度值（即使实际上比它大）。同理depth_greater。
最后一个qualifier,depth_unchanged比较特殊。它告诉opengl你写入gl_FragDepth中的任意值对现有的显示方式都没有影响（但它依旧被写入）。这个方法让你可以稍微改变深度值，但不想因为新的深度值而与现有其他几何相交。

无论你在gl_FragDepth上应用了什么layout qualifier，opengl决定用什么方式来接受处理这个值得显示方式。你写入gl_FragDepth中的值一定会被夹紧到0.0-1.0范围内（根据远近平面的距离值，超出后就变成1或者0）并写入进depth buffer深度缓存当中！ 如果你不用gl_FragDepth的话，opengl会根据你的选项和显示方法决定是否替换深度缓存中的深度值，或者抛弃这个值，而gl_FragDepth永远不会抛弃掉它。