什么是OpenGL中的深度、深度緩存、深度測試？
2011-05-01 10:50:32| 分類： 默認分類 | 標簽：opengl |字號大中小 訂閱
1）直觀理解
深度其實就是該象素點在3d世界中距離攝象機的距離，深度緩存中存儲着每個象素點（繪制在屏幕上的）的深度值！深度測試決定了是否繪制較遠的象素點（或較近的象素點），通常選用較近的，而較遠優先能實現透視的效果！！！
2）Z值（深度值)、Z buffer(深度緩存)
下面先講講Z坐標。Z坐標和X、Y坐標一樣。在變換、裁減和透視除法后，Z的范圍為-1.0~1.0。DepthRange映射指定Z坐標的變換，這與用於將X和Y映射到窗口坐標的視口變換類似，但DepthRange映射又與視口映射有所不同，因為深度緩存的硬件方案對應用程序來說是隱藏的。調用DepthRange的參數是[0.0,1.0]，與一片斷相聯的Z值（深度值）表示到眼睛的距離。在默認情況下，最接近眼睛的片斷（在近截面上）被映射到0.0，離眼睛最遠的片斷（在遠截面上）映射到1.0。片斷可以映射為深度緩存范圍的子集（通過在DepthRange中指定更小的值）。映射也可以相反，這樣的話離眼睛最遠的片斷在0.0，最近的片斷在1.0（調用DepthRange(1.0,0.0))，雖然這樣反向映射是可以的，但對實際應用作用不大。
要理解為什么渲染質量上會不一致，最重要的是要理解屏幕Z坐標的特性。Z值指定了從片斷到眼睛的距離。在正交投影中距離和Z值的關系是線性的，但在透視投影中卻不是的。在透視投影中這種關系是非線性的，而且非線性的程度與Frustum函數中的far/near（或gluPerspective函數中的zFar/zNear）成比例。這種非線性在靠近近截面時增加了Z值的精度，而且增加了深度緩存的效率；但是在視見體的其它部分則降低了精度，也就減少了深度緩存的精確性。根據經驗，far/near比值大於1000會有這種不好的效果。所以一般far/near比值應小於1000。要想解決這個問題，最簡單的方法是通過將近截面遠離眼睛來降低far/near比值，其唯一的副作用是離眼睛很近的物體可能會被裁減掉，但在特定的應用程序中這很少是個問題，近截面的位置對X、Y坐標的投影沒有影響，因此這對圖像的影響很小。
還有OpenGL光柵化和深度緩存的一些其他方面值得一提。一個大問題是光柵化過程使用不精確的算法，所以很難處理共面的圖元，除非它們共享相同的平面方程。這個問題在有限精度的深度緩存實現中更加嚴重。這些問題包括：貼花(decaling)、隱藏線消除、輪廓多邊形和陰影等。不過現在已經提出許多方法來解決這些問題，如PolygonOffset技術等。
深度緩存的位數是衡量深度緩存精度的參數。深度緩存位數越高，則精確度越高，目前的顯卡一般都可支持16位的Z Buffer，一些高級的顯卡已經可以支持32位的Z Buffer，但一般用24位Z Buffer就已經足夠了。
3）深度測試
OpenGL中的深度測試是采用深度緩存器算法，消除場景中的不可見面。在默認情況下，深度緩存中深度值的范圍在0.0到1.0之間，這個范圍值可以通過函數：
glDepthRange (nearNormDepth, farNormalDepth);
將深度值的范圍變為nearNormDepth到farNormalDepth之間。這里nearNormDepth和farNormalDepth可以取0.0到1.0范圍內的任意值，甚至可以讓nearNormDepth > farNormalDepth。這樣，通過glDepthRange函數可以在透視投影有限觀察空間中的任意區域進行深度測試。
另一個非常有用的函數是：
glClearDepth (maxDepth);
參數maxDepth可以是0.0到1.0范圍內的任意值。glClearDepth用maxDepth對深度緩存進行初始化，而默認情況下，深度緩存用1.0進行初始化。由於在進行深度測試中，大於深度緩存初始值的多邊形都不會被繪制，因此glClearDepth函數可以用來加速深度測試處理。這里需要注意的是指定了深度緩存的初始化值之后，應調用：
glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
完成深度緩存的初始化。
在深度測試中，默認情況是將需要繪制的新像素的z值與深度緩沖區中對應位置的z值進行比較，如果比深度緩存中的值小，那么用新像素的顏色值更新幀緩存中對應像素的顏色值。這種比較測試的方式可以通過函數：
glDepthFunc(func);
進行修改。其中參數func的值可以為GL_NEVER（沒有處理）、GL_ALWAYS（處理所有）、GL_LESS（小於）、GL_LEQUAL（小於等於）、GL_EQUAL（等於）、GL_GEQUAL（大於等於）、GL_GREATER（大於）或GL_NOTEQUAL（不等於），其中默認值是GL_LESS。這些測試可以在各種應用中減少深度緩存處理的的計算。