在介绍正背面剔除前，首先通过一个案例说明为什么我们需要正背面剔除

我们需要绘制一个甜甜圈，整体的绘制流程如下（甜甜圈是OpenGL中提供的模型，直接使用即可）

针对上图的部分函数，作以下说明

SetupRC函数

在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

最终，得到的甜甜圈如图所示

目前看起来甜甜圈非常正常，当我们进行旋转时，出现以下现象

嗯....根据我们的常识来说，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。

画家算法

针对这个问题，第一个方案是画家算法，由远及近的绘制不同图层，近的图层就可以将远的图层的隐藏面覆盖掉，被覆盖部分会绘制多次，就像下图这样

但是画家算法也仅仅只能解决有远近次序的图形，针对无法区分出谁远谁近（例如三个三角形叠加）的情况，油画算法就无法满足需求了

正背面剔除（Face Culling）

因此，需要采用正背面剔除方案，这是OpenGL中针对图形绘制的一种技巧，主要用于处理立体图形绘制时，只绘制观察者能看到的部分，看不到的部分就丢弃不绘制，这种做法可以将渲染性能提高50%左右。

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

• 开启正背面剔除

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

• 关闭正背面剔除

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

• 设置需要剔除的面

void glCullFace(GLenum mode);

mode主要有3类

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

在RenderScene函数中新增正背面剔除的开启/关闭操作

/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);
    }

到此，甜甜圈的正背面绘制异常问题就解决了

完整demo链接 04_甜甜圈

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

但是在旋转过程中，新的问题又出现了，甜甜圈出现了一块缺口。。。

从图中可以看出，在甜甜圈旋转过程中，当前后两部分重叠时，对于我们而言，需要显示的是前面部分，后面部分是隐藏面，但是OpenGL中并不能清除的区分，两个图层谁显示在前，谁显示在后，由此导致甜甜圈产生了缺口。

在解决这个问题前，我们先了解几个概念

深度

深度是指OpenGL坐标系中，像素点的Z坐标距观察者的距离

深度与图形中像素点的Z坐标有如下关系：

• 如果观察者在Z轴的正方向，Z值越大则越靠近观察者
• 如果观察者在Z轴的负方向，Z值越小则越靠近观察者

以下图示，是针对个人理解所绘制，如有错误的地方，欢迎留言指出

其实，我们应该基于两种观察方式去理解深度值与Z坐标值的关系，下方图片是基于观察者不动，物体动的观察方式，讨论观察者处于z轴正负轴时，深度值与物体z坐标值的关系，基于另一种观察方式的这里就不多做说明了，可以在这个图示的基础上，去推演看看。

深度缓冲区（Depth Buffer）

深度缓存区是指一块专门内存区域，存储在显存中，用于存储屏幕上所绘制图形的每个像素点的深度值

• 深度值越大，离观察者越远
• 深度值越小，里观察者越近

从上图深度值与Z值关系的图中也可以看出，这里就不做过多说明。

深度缓存区原理

将深度值与屏幕上的每个像素点进行一一对应，然后将深度值存储到深度缓冲区。

• 在深度缓存区中，每个像素点只会记录一个深度值
• 深度缓冲区的范围是[0, 1]之间，默认值是1.0，表示深度值的最大值

在之前的demo中，zaiRenderScene函数绘制前，都会先清空缓存区，这里的缓冲区就包括深度缓冲区，因为如果缓存区不清空，之前的数据会有残留，会对目前图形的绘制造成影响。

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

深度测试

一个物体在绘制时，像素点新的深度值需要与深度缓存中已经存在的深度值作比较，如果 新值 > 旧值，则丢弃这部分不绘制，反之，将新的深度值更新至深度缓存区，由于深度缓存区与颜色缓存区是一一对应的，同时也需要更新该像素点的颜色值到颜色缓存区，这个过程就是深度测试

针对甜甜圈缺口问题，我们就需要利用深度测试来解决，需要在甜甜圈绘制前开启深度测试glEnable(GL_DEPTH_TEST);，用于新旧深度值的对比，决定像素点是绘制还是丢弃，所以在之前代码的基础上，主要需要修改RenderScene函数，起流程图如下所示

image

• 开启和关闭的逻辑，主要取决于右键菜单的点击次数，第一次打开，第二次关闭，以此类推

if(iDepth){
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}else{
    glDisable(GL_DEPTH_TEST);
}

• 深度测试的开启，在绘制完成后，都需要关闭glDisable(GL_DEPTH_TEST);

深度测试应用场景

• 类似于甜甜圈的缺口问题，当旋转时，OpenGL无法区分物体的两部分重叠情况，导致缺口出现。
• 利用深度测试解决隐藏面的消除，

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## 多边形偏移

Z-Fighting(Z冲突，闪烁)问题

开启深度测试后，由于深度缓冲区精度有限制，导致深度值在误差极小时，OpenGL出现无法判断的情况，导致出现画面交错闪现的现象，例如下图

其问题产生的主要原因是由于图形靠的太近，导致无法区分出图层先后次序，针对该问题，OpenGL提供了一种多边形偏移（Polygon Offset）方案

使用多边形偏移，主要有以下三个步骤

• 在绘制前，开启多边形偏移

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

• 指定偏移量glPolygonOffset (GLfloat factor, GLfloat units);，参数一般填 -1 和 -1
• 在绘制完成后，关闭多边形偏移

glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

预防ZFighting闪烁

• 避免两个物体靠的太近：在绘制时，插入一个小偏移
• 将近裁剪面（设置透视投影时设置）设置的离观察者远一些：提高裁剪范围内的精确度
• 使用更高位数的深度缓冲区：提高深度缓冲区的精确度

混合

当开启深度测试后，两个重叠的图层中，如果有一个图层是半透明的，另一个是非半透明，此时就不能通过深度值比较，来进行颜色值的覆盖，而是需要将两个颜色进行混合，然后存入颜色缓冲区。

使用
针对不同需求，颜色混合的使用方式有两种

• 开关方式

  用于单纯的将两个图层重叠时进行颜色混合，这种混合并不能解决颜色的混合。在固定着色器和可编程着色器都可以使用这种方式

//开启，
glEnable(GL_BlEND);
//关闭
glDisable(GL_BlEND);

• 开关方式 + 混合方程式

  用于处理类似滤镜效果的场景，简单描述就是将需要处理的图片颜色和图片上覆盖的半透明颜色进行混合 即 两股颜色混合，此时如果只是单纯的开关方式，已经不能满足我们的需求，需要借助混合方程式，来实现两股颜色的混合。一般是在可编程着色器中片元着色器中使用。

//开启，
glEnable(GL_BlEND);
//设置混合因子--默认值是 GL_SRC_ALPHA 和 GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
//关闭
glDisable(GL_BlEND);

在glBlendFunc方法中，是通过混合方程式来得到颜色的组合，默认情况下混合方程式如下所示

//Cf -- 最终组合的颜色值
//Cd：源颜色 -- 当前渲染命令传入的颜色值
//CS：目标颜色 -- 颜色缓冲区中已经存在的颜色值
//S：源混合因子
//D：目标混合因子 
Cf = (Cs * S) + (Cd * D)

==> 在混合方程中，新颜色的alpha值越高，添加的新颜色成分就越高，旧颜色值值就保留的越少

总结

• 在颜色缓冲区中，每个像素点只能存储一种颜色
• 颜色混合主要用于实现在不透明物体前绘制透明物体的效果
• 只有上面图层是透明时，才需要开启颜色混合，如果不是，则没有必要开启颜色混合

案例04：颜色混合

是在案例 02 OpenGL入门--正方形键位控制的基础上作了一些改动，当正方形移动到与固定正方形重叠时，他们重叠的部分就会发生颜色混合形成新的颜色值，存储到颜色缓冲区。最终效果如下所示：

主要流程图如下

• 在SetupRC中创建了4个固定正方形，且将可移动正方形设置为半透明

• RenderScene函数绘制前，开启颜色混合，在绘制完成后，关闭颜色混合，函数主要流程如下

从流程图中可以看出，颜色组合的核心代码说明如下

• 通过glEnable开启组合
• 通过glBlendFunc，开启组合函数，计算混合因子，并在每次渲染，都会将屏幕上所有的像素点都更新一遍
• 绘制可移动正方形
• 绘制完成后，需要关闭混合功能，通过glDisable关闭
  因为如果不关闭，会对其他项目造成影响，混合的开启是针对全局的，并不单单只是这个项目

//1.开启混合
    glEnable(GL_BLEND);
    //2.开启组合函数 计算混合颜色因子---每次渲染，会把屏幕上所有的像素点更新一遍
    //混合方程式：Cf = （Cs * S）+（Cd * D）
    glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
    //3.使用着色器管理器
    //*使用 单位着色器
    //参数1：简单的使用默认笛卡尔坐标系（-1，1），所有片段都应用一种颜色。GLT_SHADER_IDENTITY
    //参数2：着色器颜色
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY, vRed);
    //4.容器类开始绘制
    squareBatch.Draw();
    //5.关闭混合功能
    glDisable(GL_BLEND);