深度测试

本文主要参考来自《Learn OpenGL CN 深度测试》这篇教程。

基本概念

在OpenGL中，__深度缓冲__的作用主要是为了防止3D场景中那些被遮挡的面渲染到前面（脱离了现实效果），它像颜色缓冲一样，存储着每个fragment的信息，通常和颜色缓冲区有相同的宽度和高度。深度缓冲区储存着的深度值可以表示为16、24或32位浮点数，多数情况下默认为24位。

下面说说__深度测试__，它发生在OpenGL管线中的fragment着色器运行之后的测试阶段，准确地说是在模板测试之后。深度测试默认是关闭着的，我们可以像这样来打开深度测试：

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

开启深度测试就意味着OpenGL会去对深度缓冲中的深度值进行测试，而所谓的深度测试，实际上就是将fragment的实际z值与深度缓冲中存储着的对应z值通过__某种规则__进行比较。如果测试通过，会自动在深度缓冲区存储fragment的z值，测试失败则相应地丢弃该fragment。

【特别注意】在每次渲染之前，应使用glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)来清除深度缓冲区，否则仍会保留上一次进行深度测试时所写的深度值。

当然还存在这种情况，我们只想进行深度测试去丢弃那些未通过测试的fragment，但并不希望去更新深度缓冲区。此时，可以通过将其深度掩码设置为 GL_FALSE 来禁用深度缓冲区的写入操作。

glDepthMask(GL_FALSE);

深度测试函数

之前说深度测试会按照某种规则进行比较，实际上OpenGL为我们提供了接口来设置比较运算符（亦称depth function）。调用方式如下：

glDepthFunc(GL_LESS);

其中参数选项不仅仅包含GL_LESS，还有其他的选项配置，大致含义如下：

运算符	描述
GL_ALWAYS	总是通过
GL_NEVER	永不通过
GL_LESS	fragment深度值小于缓冲区深度值时通过
GL_EQUAL	fragment深度值等于缓冲区深度值时通过
GL_LEQUAL	fragment深度值小于等于缓冲区深度值时通过
GL_GREATER	fragment深度值大于缓冲区深度值时通过
GL_NOTEQUAL	fragment深度值不等于缓冲区深度值时通过
GL_GEQUAL	fragment深度值大于等于缓冲区深度值时通过

深度值精度

存储在深度缓冲区中的深度值介于__0.0__和__1.0__之间，而与之比较的是视图空间中可见对象的z值，该z值介于投影平头截体的近面与远面之间。因此需要一些方法将视图空间z值转换到[0,1]的范围内。通常有__线性__与__非线性__两种方式，但实际上我们只会采用非线性的方式。

通常会让非线性深度方程和1/z成正比，这样做的目的是令那些可见对象的z值越近时精度越高，反之越远则精度越低。因此，在深度缓冲区中深度值为0.5并不意味着该对象的z值是在投影平头截体的中间位置。

深度冲突

__深度冲突__是指两个图元紧密地相互平行，而深度缓冲区的精度不足以区分判断哪一个更靠前的时候，这两个形状会出现相互交替的怪异现象。深度冲突问题目前还无法完全避免，但可以利用如下方式尽量规避：

1. 使用glPolygonOffset函数，将其分开渲染，先渲染一个，再通过glPolygonOffset函数来设置偏移量，接着渲染第二个。这用解决方案在效率上会受到一些影响。

2. 尽可能地把视椎体近面设置得远一些。由于越靠近视椎体近面的位置深度值的精度越高，所以我们将其移远后，可以有效提高视椎体内部的深度值精度。但需根据实际情况进行调整，因为如果近面移动的太远会导致近处的物体被剪裁掉。

3. 提高深度缓冲区的精度，多数的深度缓冲区的精度都是24位，但是一些显卡支持32位的深度值，这会让深度缓冲区的精度大幅度提高，但也会牺牲一些性能。