OpenGL基础之Depth Testing

就像color-buffer存储了所有片元的颜色一样，depth-buffer存储了每一个片元的深度信息。它是由窗口系统自动创建并存储深度值的，深度值的精度一般有16位、24位和32位float，比较常用的深度精度为24位。

当深度测试打开后，OpenGL会测试每个片元的深度值与depth-buffer中数值，如果测试通过，则会更新depth-buffer中的值，如果测试通不过，则会舍弃这个片元。

深度测试发生在片元着色器执行之后的屏幕空间，屏幕空间坐标与glViewport函数定义的视口大小直接相关，并且可以通过GLSL的内建变量gl_FragCoord来访问。gl_FragCoord代表了屏幕空间的坐标值（左下角为（0,0）），gl_FragCoord的z值就是片元的深度值，最后的深度测试就是对比这个值跟depth-buffer中的值。

现在大部分的GPU都支持一项称为early depth testing的特性，early depth testing允许在片元着色器执行之前进行深度测试，这样就可以避免那些根本看不到的片元进行片元着色，这样可以提高程序性能。但是，一旦使用了early depth testing，就不能再在片元着色器中写深度值。

OpenGL使用glEnable（GL_DEPTH_TEST)开启深度测试，一旦开启深度测试，必须每一帧都清理depth-buffer:

glclear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

也可以通过glDepthMask(GL_FALSE)来禁止对depth-buffer的写操作。

 

Depth test function

OpenGL允许修改深度测试的比较操作，通过制定一个比较函数，就可以指定深度测试的比较方式。这些可以通过函数glDepthFunc来制定：

glDepthFunc(GL_LESS);

具体的比较函数

Function	Description
GL_ALWAYS	测试永远通过
GL_NEVER	测试永远不通过
GL_LESS	当片元深度值小于depth-buffer中的深度值时通过
GL_EQUAL	当片元深度值等于depth-buffer中的深度值时通过
GL_LEQUAL	当片元深度值小于等于depth-buffer中的深度值时通过
GL_GREATER	当片元深度值大于depth-buffer中的深度值时通过
GL_NOTEQUAL	当片元深度值不等于depth-buffer中的深度值时通过
GL_GEQUAL	当片元深度值大于等于depth-buffer中的深度值时通过

 

Depth value precision

由于深度值的范围在0-1之间，它代表了所有在视锥体中间的物体离视点的远近。所以在near和far之间的距离最后都要映射到0-1之间。常用的透视投影下，推导出的深度公式如下：

 

 

从公式可以看出，深度值的分布是非线性的。它的值跟1/z成正比。也就是说越靠近近平面的地方，深度值的精度越高，越远则精度越差。比如z值在1.0-2.0之间，对应的深度值则分布在1.0-0.5之间，而z值在50.0-100.0之间，深度值则分布在0.02-0.001之间。如下图：

 

 这也是游戏当中出现z-fighting的主要原因，具体的解决方法有很多，比如使用reverse-z，或者使用logdepth的算法都可以避免远处深度值精度不够的问题，这里就不展开讲了，后面有时间会专门写一篇文章来讲。