Android图像处理系列：OpenGL深度测试的应用

什么是深度测试？

深度测试是指检测从某个方向看过去时，两个点A和B谁在谁的前面，以便知道谁挡住了谁，被挡住的点一般不会进行绘制，以达到和真实世界一样的遮挡效果，OpenGL提供了深度测试的能力，开发者不用自己判断哪些被挡住然后不绘制，开启深度测试后，OpenGL会自动帮助我们完成。

在OpenGL中绘制3D物体时，几乎不可避免地要用到深度测试，因为希望绘制的结果像真实世界中的效果那样，前面的物体会挡住后面的物体。

例如绘制一前一后两个正方体，如下图所示，蓝色的在前面，绿色的在后面，按正常的逻辑，前面的会挡住后面的：

而不是像下面这样后面的挡住前面的：

有人可能会说：我先绘制绿色的，再绘制蓝色的不就行了吗？后绘制的会盖在先绘制的上面，就不用深度测试了 对于这个简单的case，是可以的，那么看下面这个case:

一个物体从另外一个物体中穿过，这时自己去算哪些点被遮挡，哪些不被遮挡，然后再自己拼接顶点来绘制？其中的复杂程度简直无法想像。另外，如果要绘制的物体很多呢？物体如果不规则呢？例如3D游戏里的场景，还算得过来吗？而且这还要基于OpenGL摄像机的摆放来算，换一个角度摆放，之前被挡住的可能又可见了，各种case难道都自己计算吗？脑子都要爆炸啦，显然不实现。 不必焦虑，OpenGL自动为我们完成了这一切，而开发者只需要简单地开启深度测试即可。 注意，这里说的深度是从OpenGL摄像机所对着的方向而言的，如下图所示：

离摄像机越近的，深度就越浅，反之越深，摄像机可以认为就是我们的眼睛，我们从一个方向看过来，离我们眼睛越近的东西深度就越浅，反之越深，深度浅的东西就能挡住后面深度深的东西。 小结一下，深度测试就是说OpenGL自动为我们判断所要渲染的东西的前后关系，并按某种规则来实现最后看到的是哪部分，这些说的“某种规则”是可以设置的，通常会设置为让OpenGL渲染出的来最终效果为看到的是深度最浅的部分，这样就把深度较深的部分挡住了，这就是符合真实世界的遮挡效果。 如何做这样的设置，以及还有什么其它的可以设置？下面就来说说。

如何使用深度测试？

下面以Android上的OpenGL ES 2.0为例，来看看相关的方法调用，其它平台的也类似。 要使用深度测试，首先要开启深度测试：

GLES20.glEnable(GLES20.GL_DEPTH_TEST);

开启了深度测试后，OpenGL会在透视除法之后执行深度测试逻辑，具体流程请见下图：

上图中提到了Color Buffer和Depth Buffer

Color Buffer

Color Buffer我们比较熟悉，可以理解为就是当前正在绘制的一个画布，因为绘制是要全都绘制好才更新到屏幕上，比如画一个三角形，并不是画一部分就先显示到屏幕一部分，而是全都画好之后，一次性把画布更新到屏幕上，那么就需要一个Buffer来暂存这些中间的结果。

Depth Buffer

Depth Buffer是用来存储像素对应的深度值，当存在遮挡时，同一个像素就会渲染多次，每次渲染该像素时就会将当前深度值与Depth Buffer中记录的该像素之前的深度值进行比较，然后根据比较的结果做相应的操作。

这里有几点tips：

• 我们一般情况下是判断正在绘制的像素比Depth Buffer存储的该像素的深度值浅，然后做相应的操作，这里的规则可以控制，控制方法为设置深度比较函数： GLES20.glDepthFunc(GLES20.GL_LESS)

       设置为GLES20.GL_LESS的含义就是“如果正在绘制的像素比Depth Buffer存储的该像素的深度值浅，就执行后续操作”。可设置的func如下：

        GL_NEVER：永不绘制         GL_LESS：如果目标像素z值<当前像素z值，则绘制目标像素         GL_EQUAL：如果目标像素z值＝当前像素z值，则绘制目标像素         GL_LEQUAL：如果目标像素z值<＝当前像素z值，则绘制目标像素         GL_GREATER ：如果目标像素z值>当前像素z值，则绘制目标像素         GL_NOTEQUAL：如果目标像素z值<>当前像素z值，则绘制目标像素         GL_GEQUAL：如果目标像素z值>=当前像素z值，则绘制目标像素         GL_ALWAYS：总是绘制

• Depth Buffer是可以控制是否可写的，注意，“开启深度测试”和“Depth Buffer可写”是两回事，可以看上面的深度测试逻辑流程图。并不是说开启了深度测试Depth Buffer就是可写的，开启了深度测试，OpenGL就会去做深度测试，至于做完之后，是否允许将新的结果更新到Depth Buffer，可以自己再控制，具体是通过GLES20.glDepthMask()方法来控制，设为true是允许写，否则不允许写。
• 深度测试和颜色混合同时使用时，注意深度测试不要影响了颜色混合，比如有A、B两个一前一后的物体，A在前，B在后，A带有半透明，B完全不透明，按照深度测试的原理，如果先渲染A，则先对A进行了深度测试，此时在Depth Buffer中存储的对应像素的深度值将是A的深度值，如果此后再渲染B，则会因为B的深度比A的浅，不会将B对应的颜色更新到Color Buffer，从而渲染出来透过半透明的A不能看到后面的B。解决方法可以是先渲染完全不透明的部分，再渲染半透明的部分，并且渲染半透明的部分时，禁止Depth Buffer可写，因为如果Depth Buffer可写，又先渲染了深度浅的半透明部分，那么深度较深的半透明部分也不会被渲染出来，除非将这堆半透明部分排了序从远到近渲染，所以干脆就禁止Depth Buffer可写。

上以简要介绍了OpenGL中深度测试的概念及使用场景，本人水平有限，难免有错误疏漏处，还请大家多多指正，也欢迎大家多多交流，谢谢！

作者简介：kenney, 天天P图 Android 工程师

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