在OpenGL中，深度测试如何实现隐藏面消除

渲染过程可能产生的问题

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。对于不可⻅的部分，应该及早丢弃。例如在⼀个不透明的墙壁后，就不应该渲染。这种情况叫做隐藏面消除。

隐藏面消除是计算机图形学中的⼀个重要问题。如果没有隐藏面消除，渲染的图像中会出现很多不正确的东西。例如，不透明的物体会被其他物体遮挡的部分也会被渲染出来，这显然是不合理的。

OpenGL中的隐藏面消除

OpenGL中主要有两种隐藏面消除算法：深度测试和背面剔除。

深度测试

深度测试是OpenGL中最为常用的隐藏面消除算法。深度测试通过比较片段的深度值和当前深度缓冲区中的值来实现。如果片段的深度值小于或等于深度缓冲区中的值，那么该片段就会被渲染到屏幕上。否则，该片段就会被丢弃。

深度测试的原理如图1所示。图1中，红色多边形位于蓝色多边形之后。在渲染红色多边形之前，深度缓冲区中存储了蓝色多边形的深度值。当渲染红色多边形时，深度测试会比较红色多边形的深度值和深度缓冲区中的值。如果红色多边形的深度值小于或等于深度缓冲区中的值，那么红色多边形就会被渲染到屏幕上。否则，红色多边形就会被丢弃。

图1 深度测试示意图

深度测试可以有效地消除隐藏的表面。但是，深度测试也有一定的缺点。深度测试的缺点之一是，它不能消除背面朝向摄像机的多边形。背面朝向摄像机的多边形即使在深度测试中通过了比较，也会被丢弃。

背面剔除

背面剔除是一种简单的隐藏面消除算法。背面剔除通过比较多边形的法线向量和摄像机的方向向量来实现。如果多边形的法线向量和摄像机的方向向量不一致，那么该多边形就会被剔除。

背面剔除的原理如图2所示。图2中，红色多边形是背面朝向摄像机的，蓝色多边形是正面朝向摄像机的。在渲染红色多边形之前，背面剔除会比较红色多边形的法线向量和摄像机的方向向量。由于红色多边形的法线向量和摄像机的方向向量不一致，因此红色多边形会被剔除。

图2 背面剔除示意图

背面剔除可以有效地消除背面朝向摄像机的多边形。但是，背面剔除也有一定的缺点。背面剔除的缺点之一是，它不能消除正面朝向摄像机的隐藏表面。

总结

深度测试和背面剔除是OpenGL中常用的两种隐藏面消除算法。深度测试可以有效地消除隐藏的表面，但是它不能消除背面朝向摄像机的多边形。背面剔除可以有效地消除背面朝向摄像机的多边形，但是它不能消除正面朝向摄像机的隐藏表面。

在实际应用中，经常会同时使用深度测试和背面剔除来消除隐藏面。这样可以充分发挥两种算法的优点，从而获得更好的隐藏面消除效果。