NDK OpenGL ES 3.0 开发(十):深度测试

NDK OpenGL ES 3.0 开发(十):深度测试

深度测试

OpenGL 深度测试是指在片段着色器执行之后,利用深度缓冲所保存的深度值决定当前片段是否被丢弃的过程。

深度缓冲区通常和颜色缓冲区有着相同的宽度和高度,一般由窗口系统自动创建并将其深度值存储为 16、 24 或 32 位浮点数。

当深度测试开启的时候, OpenGL 才会测试深度缓冲区中的深度值。如果此测试通过,深度缓冲内的值可以被设为新的深度值;如果深度测试失败,则丢弃该片段。

深度测试是在片段着色器运行之后(并且在模板测试运行之后)在屏幕空间中执行的。

与屏幕空间坐标相关的视区是由 OpenGL 的视口设置函数 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 ((0,0) 在左下角),其取值范围由 glViewport 函数决定,屏幕空间坐标原点位于左下角。

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 。

(深度缓冲区的可视化)在片段着色器中将深度值转换为物体颜色显示:

#version 300 es
precision mediump float;
in vec2 v_texCoord;
layout(location = 0) out vec4 outColor;
uniform sampler2D s_TextureMap;
void main()
{
    vec4 objectColor = vec4(vec3(gl_FragCoord.z), 1.0f);
    outColor = objectColor;
}

显示结果:

深度缓冲区的可视化

从图中可以观察到,靠近屏幕的物体颜色更黑(深度值更小),远离屏幕的物体颜色更白(深度值更大)

深度测试默认是关闭的,启用深度测试使用 glEnable(GL_DEPTH_TEST);

启用与不启用深度测试时,绘制 3D 物体对比:

启用深度测试

不启用深度测试

开启深度测试后,如果片段通过深度测试,OpenGL 自动在深度缓冲区存储片段的 gl_FragCoord.z 值,如果深度测试失败,那么相应地丢弃该片段。

如果启用深度测试,那么需要在渲染之前使用 glClear(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。

另外在一些场景中,我们需要进行深度测试并相应地丢弃片段,但我们不希望更新深度缓冲区,那么可以设置深度掩码glDepthMask(GL_FALSE);实现禁用深度缓冲区的写入(只有在深度测试开启时才有效)。

OpenGL 深度测试是通过深度测试函数 glDepthFunc 控制深度测试是否通过和如何更新深度缓冲区。

深度测试函数接收的比较运算符:


深度测试函数接收的比较运算符

深度测试启用后,默认情况下深度测试函数使用 GL_LESS,这将丢弃深度值高于或等于当前深度缓冲区的值的片段。

深度测试中,深度冲突现象需要值得注意。深度冲突(Z-fighting)是指两个平面(或三角形)相互平行且靠近的过于紧密,模板缓冲区不具有足够的精度确定哪一个平面靠前,导致这两个平面的内容不断交替显示,看上去像平面内容争夺顶靠前的位置。

防止深度冲突的方法:

  • 不要让物体之间靠得过近,以免它们的三角形面片发生重叠;
  • 把近平面设置得远一些(越靠近近平面的位置精度越高);
  • 牺牲一些性能,使用更高精度的深度值。
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