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渲染过程中出现的问题

在我们自己绘制的一个甜甜圈案例中,当不对甜甜圈进行旋转的情况下没有任何问题,但是一旦旋转会出现,就会出现入下图的问题：

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隐藏面消除

在绘制3D场景的时候,我们需要决定哪些部分是对观察者可见的,或者哪些部分是对观察者不可⻅的.对于不可见的部分,应该及早丢弃.例如在⼀个不透明的墙壁后,就不不应该 渲染.这种情况叫做”隐藏⾯面消除”(Hidden surface elimination)。

此处出现的问题就是隐藏面消除所致。

解决方案探索

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.
例如下面的图例: 先绘制红色部分,再绘制黄色部分,最后再绘制灰⾊部分,即可解决隐藏面消除的问题。

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弊端:使⽤油画算法,只要将场景按照物理距离观察者的距离远近排序,由远及近的绘制即可.那么会出现什么问题? 如果三个三⻆角形是叠加的情况,油画算法将⽆法处理.

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正背⾯面剔除(Face Culling)

背景:尝试相信一个3D图形,你从任何⼀一个方向去观察,最多可以看到几个⾯面? 答案是,最多3⾯面. 从一个立方体的任意位置和方向上看,你不可能看到多于3个面. 那么思考? 我们为何要多余的去绘制那根本看不到的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高超过50%

问题:如何知道某个面在观察者的视口中不会出现?
任何平面都有2个面,正⾯/背面.意味着你一个时刻只能看到⼀面.
OpenGL 可以做到检查所有正面朝向观察者的⾯面,并渲染它们.从而丢弃背面朝向的面. 这样可以节约片元着⾊器的性能.
如果告诉OpenGL 你绘制的图形,哪个面是正面,哪个面是背面?
答案: 通过分析顶点数据的顺序

分析顶点顺序

GLfloat vertices[] =  {
  //顺时针
  vertices[0], // vertex 1 
  vertices[1], // vertex 2 
  vertices[2], // vertex 3
 // 逆时针
  vertices[0], // vertex 1 
  vertices[2], // vertex 3 
  vertices[1] // vertex 2
 };

正面/背面区分:
正⾯: 按照逆时针顶点连接顺序的三⻆角形⾯面
背⾯: 按照顺时针顶点连接顺序的三⻆角形⾯面

分析⽴立⽅方体中的正背⾯面

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分析
• 左侧三角形顶点顺序为: 1—> 2—> 3 ; 右侧三⻆形的顶点顺序为: 1—> 2—> 3 .
• 当观察者在右侧时,则右边的三⻆形⽅向为逆时针⽅向则为正面,⽽左侧的三角形为顺时针则为背面
• 当观察者在左侧时,则左边的三角形为逆时针方向判定为正面,⽽右侧的三⻆形为顺时针判定为背面.

总结
正⾯和背面是有三角形的顶点定义顺序和观察者方向共同决定的.随着观察者的角度方向的改变,正⾯背面也会跟着改变。

正背面剔除方案代码实现

1.开启表面剔除(默认背面剔除)

void glEnable(GL_CULL_FACE);

2.关闭表面剔除(默认背面剔除)

void glDisable(GL_CULL_FACE);

3.用户选择剔除那个面(正面/背面)

void glCullFace(GLenum mode);

mode参数为:GL_FRONT,GL_BLAK,GL_FRONT_AND_BACK,默认GL_BACK

4.用户指定绕序那个为正⾯

void glFrontFace(GLenum mode)

mode参数为:GL_CW,GL_CCW,默认:GL_CCW

5.剔除正面实现(1)

 glCullFace(GL_BACK);
glFrontFace(GL_CW);

5.剔除正面实现(2)

 glCullFace(GL_FRONT);