OpenGL ES入门14-深度测试

本文是关于OpenGL ES的系统性学习过程，记录了自己在学习OpenGL ES时的收获。
这篇文章的作用是学习的OpenGL ES深度测试技术，实例是绘制立方体，并进行纹理贴图。
环境是Xcode8.1+OpenGL ES 2.0
目前代码已经放到github上面，OpenGL ES入门14-深度测试

欢迎关注我的 OpenGL ES入门专题

实现效果

开启深度测试.gif

未开启深度测试.gif

深度缓冲

深度缓冲与颜色缓冲类似，深度缓冲存储的是每个片段的信息，通常情况下与颜色缓冲区有相同的宽度和高度。在iOS中，我们需要自己创建深度缓冲，我们可以创建16位的深度缓冲区。当深度测试启用的时候， OpenGL 测试深度缓冲区内的深度值。OpenGL 执行深度测试的时候，如果此测试通过，深度缓冲内的值将被设为新的深度值，如果深度测试失败，则丢弃该片段。屏幕空间坐标直接有关的视区，由 OpenGL 的 glViewport 函数给定，并且可以通过片段着色器中内置的 gl_FragCoord 变量访问。gl_FragCoord 的 X 和 y 表示该片段的屏幕空间坐标。gl_FragCoord 还包含一个 z 坐标，它包含了片段的实际深度值。此 z 坐标值是与深度缓冲区的内容进行比较的值。深度缓冲区中包含深度值介于0.0和1.0之间，物体接近近平面的时候，深度值接近0.0，物体接近远平面时，深度接近1.0。

创建深度缓冲区

在iOS中需要手动创建深度缓冲区，我们使用 glGenRenderbuffers 创建深度缓冲区，然后为其分配16位的存储空间，最后绑定深度缓冲与帧缓冲。

- (void)setupFrameAndRenderBuffer
{
    // Setup color render buffer
    glGenRenderbuffers(1, &_colorRenderBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
    [_context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:_eaglLayer];
    
    // Setup depth render buffer
    int width, height;
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_WIDTH, &width);
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT, &height);
    
    // Create a depth buffer that has the same size as the color buffer.
    glGenRenderbuffers(1, &_depthRenderBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
    glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH_COMPONENT16, width, height);
    
    // Setup frame buffer
    glGenFramebuffers(1, &_frameBuffer);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, _frameBuffer);
    
    // Attach color render buffer and depth render buffer to frameBuffer
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0,
                              GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
    
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT,
                              GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
    
    // Set color render buffer as current render buffer
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
    
    // Check FBO satus
    GLenum status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);
    if (status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
        NSLog(@"Error: Frame buffer is not completed.");
        exit(1);
    }
}

开启深度测试

深度测试默认是关闭的，我们需要用 glEnable 来手动开启。启用深度测试后，如果片段通过深度测试，OpenGL自动在深度缓冲区存储片段的 z 值，如果深度测试失败，那么相应地丢弃该片段

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

清除深度缓冲区

在启用了深度测试后，在渲染之前需要使用 GL_DEPTH_BUFFER_BIT 清除深度缓冲区，否则深度缓冲区将保留上一次进行深度测试时所写的深度值。

glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

只读的深度缓冲区

在某些时候我们不希望更新深度缓冲区，我们可以使用一个只读的深度缓冲区。OpenGL允许我们通过将其深度掩码设置为GL_FALSE禁用深度缓冲区写入。

glDepthMask(GL_FALSE);

深度测试函数

我们可以修改OpenGL的深度测试比较运算符，从而可以控制OpenGL通过或丢弃碎片以及如何更新深度缓冲区。默认情况下使用GL_LESS，默认丢弃深度值高于或等于当前深度缓冲区的值的片段。

运算符	描述
GL_ALWAYS	永远通过测试
GL_NEVER	永远不通过测试
GL_LESS	在片段深度值小于缓冲区的深度时通过测试
GL_EQUAL	在片段深度值等于缓冲区的深度时通过测试
GL_LEQUAL	在片段深度值小于等于缓冲区的深度时通过测试
GL_GREATER	在片段深度值大于缓冲区的深度时通过测试
GL_NOTEQUAL	在片段深度值不等于缓冲区的深度时通过测试
GL_GEQUAL	在片段深度值大于等于缓冲区的深度时通过测试

绘制立方体

1、初始化深度缓冲区。

- (void)setupFrameAndRenderBuffer
{
    // Setup color render buffer
    glGenRenderbuffers(1, &_colorRenderBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
    [_context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER fromDrawable:_eaglLayer];
    
    // Setup depth render buffer
    int width, height;
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_WIDTH, &width);
    glGetRenderbufferParameteriv(GL_RENDERBUFFER, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT, &height);
    
    // Create a depth buffer that has the same size as the color buffer.
    glGenRenderbuffers(1, &_depthRenderBuffer);
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
    glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH_COMPONENT16, width, height);
    
    // Setup frame buffer
    glGenFramebuffers(1, &_frameBuffer);
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, _frameBuffer);
    
    // Attach color render buffer and depth render buffer to frameBuffer
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0,
                              GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
    
    glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT,
                              GL_RENDERBUFFER, _depthRenderBuffer);
    
    // Set color render buffer as current render buffer
    glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, _colorRenderBuffer);
    
    // Check FBO satus
    GLenum status = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);
    if (status != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) {
        NSLog(@"Error: Frame buffer is not completed.");
        exit(1);
    }
}

2、初始化投影矩阵。

- (void)setupProjectionMatrix
{
    mat4_t projectMatrix = mat4_perspective(M_PI/3, self.frame.size.width/self.frame.size.height, 1, 10);
    GLint projectionSlot = glGetUniformLocation(_program, "projection");
    glUniformMatrix4fv(projectionSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat *)&projectMatrix);
}

3、初始化模型视图矩阵。

- (void)setupModelViewMatrix
{
    static CGFloat angle = 0;
    mat4_t modelView = mat4_create_translation(0, 0, -4);
    modelView = mat4_rotate(modelView, angle, 1, 1, 0);
    GLint modelViewSlot = glGetUniformLocation(_program, "modelView");
    glUniformMatrix4fv(modelViewSlot, 1, GL_FALSE, (GLfloat *)&modelView);
    
    angle += M_PI/180;
}

4、初始化顶点、纹理坐标数据。

- (void)setupVBO
{
    _vertCount = 36;
    
    GLfloat vertices[] = {
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 0.0f,
        0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
        0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
        -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,
        
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,
        0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,
        -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
        
        -0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        -0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
        -0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        
        0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
        0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
        0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        
        -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
        0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
        0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
        -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
        -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f
    };
    
    // 创建VBO
    _vbo = createVBO(GL_ARRAY_BUFFER, GL_STATIC_DRAW, sizeof(vertices), vertices);
    
    glEnableVertexAttribArray(glGetAttribLocation(_program, "position"));
    glVertexAttribPointer(glGetAttribLocation(_program, "position"), 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, NULL);
    
    glEnableVertexAttribArray(glGetAttribLocation(_program, "texcoord"));
    glVertexAttribPointer(glGetAttribLocation(_program, "texcoord"), 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat)*5, NULL+sizeof(GL_FLOAT)*3);
}

5、初始化纹理。

- (void)setupTexure
{
    NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"wood" ofType:@"jpg"];
    
    unsigned char *data;
    int size;
    int width;
    int height;
    
    // 加载纹理
    if (read_jpeg_file(path.UTF8String, &data, &size, &width, &height) < 0) {
        printf("%s\n", "decode fail");
    }
    
    // 创建纹理
    _texture = createTexture2D(GL_RGB, width, height, data);
    
    if (data) {
        free(data);
        data = NULL;
    }
}

6、初始化定时器。

- (void)setupLinker
{
    CADisplayLink *linker = [CADisplayLink displayLinkWithTarget:self selector:@selector(render)];
    linker.frameInterval = 1;
    [linker addToRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
}

7、渲染。

- (void)render
{
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    //glDepthFunc(GL_ALWAYS);
    //glDepthMask(GL_FALSE);
    
    glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    glViewport(0, 0, self.frame.size.width, self.frame.size.height);
    
    // 模型矩阵
    [self setupModelViewMatrix];
    
    // 纹理
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _texture);
    glUniform1i(glGetUniformLocation(_program, "image"), 0);
    
    // 绘制
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, _vertCount);
    
    //将指定 renderbuffer 呈现在屏幕上，在这里我们指定的是前面已经绑定为当前 renderbuffer 的那个，在 renderbuffer 可以被呈现之前，必须调用renderbufferStorage:fromDrawable: 为之分配存储空间。
    [_context presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER];
}

参考资料

http://www.cnblogs.com/kesalin/archive/2012/12/06/3D_math.html

最后编辑于：2017.12.07 18:11:02

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