OpenGL
- 深度测试
- 深度测试函数
- 深度值精度
- 深度缓冲的可视化
- 深度冲突
- 防止深度冲突
深度测试
前面我们渲染一个3D图片中运用了深度缓冲：防止被阻挡的面渲染到其他面的前面。
深度缓冲就像颜色缓冲(Color Buffer)（储存所有的片段颜色：视觉输出）一样，在每个片段中储存了信息，并且（通常）和颜色缓冲有着一样的宽度和高度。深度缓冲是由窗口系统自动创建的，它会以16、24或32位float的形式储存它的深度值。在大部分的系统中，深度缓冲的精度都是24位的。
当深度测试(Depth Testing)被启用的时候**，OpenGL会将一个片段的深度值与深度缓冲的内容进行对比**。OpenGL会执行一个深度测试，如果这个测试通过了的话，深度缓冲将会更新为新的深度值。如果深度测试失败了，片段将会被丢弃。
深度缓冲是在片段着色器运行之后（以及模板测试(Stencil Testing)运行之后）在屏幕空间中运行的。屏幕空间坐标与通过OpenGL的glViewport所定义的视口密切相关，并且可以直接使用GLSL内建变量gl_FragCoord从片段着色器中直接访问。gl_FragCoord的x和y分量代表了片段的屏幕空间坐标（其中(0, 0)位于左下角）。gl_FragCoord中也包含了一个z分量，它包含了片段真正的深度值。z值就是需要与深度缓冲内容所对比的那个值。
补充：
现在大部分的GPU都提供一个叫做提前深度测试 (Early Depth Testing)的 硬件特性。提前深度测试允许深度测试在片段着色器之前运行。只要我们清楚一个片段永远不会是可见的（它在其他物体之后），我们就能提前丢弃这个片段。
片段着色器通常开销都是很大的，所以我们应该尽可能避免运行它们。当使用提前深度测试时，片段着色器的一个限制是你不能写入片段的深度值。如果一个片段着色器对它的深度值进行了写入，提前深度测试是不可能的。OpenGL不能提前知道深度值。
深度测试默认是禁用的，所以如果要启用深度测试的话，我们需要用GL_DEPTH_TEST选项来启用它：
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
当它启用的时候，如果一个片段通过了深度测试的话，OpenGL会在深度缓冲中储存该片段的z值；如果没有通过深度缓冲，则会丢弃该片段。如果你启用了深度缓冲，你还应该在每个渲染迭代之前使用GL_DEPTH_BUFFER_BIT来清除深度缓冲，否则你会仍在使用上一次渲染迭代中的写入的深度值：
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
在某些情况下你会需要对所有片段都执行深度测试并丢弃相应的片段，但不希望更新深度缓冲。基本上来说，你在使用一个只读的(Read-only)深度缓冲。OpenGL允许我们禁用深度缓冲的写入，只需要设置它的深度掩码(Depth Mask)设置为GL_FALSE就可以了：
glDepthMask(GL_FALSE);
注：深度测试被启用的时候才有效。
深度测试函数
OpenGL允许我们修改深度测试中使用的比较运算符。这允许我们来控制OpenGL什么时候该通过或丢弃一个片段，什么时候去更新深度缓冲。我们可以调用glDepthFunc函数来设置比较运算符（或者说深度函数(Depth Function)）：
glDepthFunc(GL_LESS);
如下：
分为：函数和描述
GL_ALWAYS——永远通过深度测试
GL_NEVER——永远不通过深度测试
GL_LESS——在片段深度值小于缓冲的深度值时通过测试
GL_EQUAL——在片段深度值等于缓冲区的深度值时通过测试
GL_LEQUAL——在片段深度值小于等于缓冲区的深度值时通过测试
GL_GREATER——在片段深度值大于缓冲区的深度值时通过测试
GL_NOTEQUAL——在片段深度值不等于缓冲区的深度值时通过测试
GL_GEQUAL——在片段深度值大于等于缓冲区的深度值时通过测试
默认情况下使用的深度函数是GL_LESS，它将会丢弃深度值大于等于当前深度缓冲值的所有片段。
如果在深度函数中使用GL_ALWAYS：
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glDepthFunc(GL_ALWAYS);
那么会深度测试永远通过，不会抛弃任何片段，则最后绘制的片段总是会渲染 在之前绘制片段的上面。
深度值精度
深度缓冲包含了一个介于0.0和1.0之间的深度值，它将会与观察者视角所看见的场景中所有物体的z值进行比较。观察空间的z值可能是投影平截头体的近平面(Near)和远平面(Far)之间的任何值。下面这个（线性）方程将z值变换到了0.0到1.0之间的深度值：
公式中的near和far是之前提供给投影矩阵设置可视平截头体的值。该方程需要平截头体的z值，并将其转化为[0,1]范围中。
注：所有的方程都会将非常近的物体的深度值设置为接近0.0的值，而当物体非常接近远平面的时候，它的深度值会非常接近1.0。
当然，实践中一般不会使用到线性深度缓冲。想要正确的投影性质，需要一个非线性的深度方程，它与1/z成正比。目的是：在z值很小的时候提供非常高的精度，而在z值很远的时候提供更少的精度。
由于非线性方程与 1/z 成正比，在1.0和2.0之间的z值将会变换至1.0到0.5之间的深度值，这就是一个float提供给我们的一半精度了，这在z值很小的情况下提供了非常大的精度。在50.0和100.0之间的z值将会只占2%的float精度，这正是我们所需要的。这样的一个考虑了远近距离的方程是这样的：
深度缓冲中的值在屏幕空间中不是线性的（在透视矩阵应用之前在观察空间中是线性的）。深度缓冲中0.5的值并不代表着物体的z值是位于平截头体的中间了，这个顶点的z值实际上非常接近近平面。你可以在下图中看到z值和最终的深度缓冲值之间的非线性关系：
可以看到深度值很大一部分是由很小的z值决定的，给了近处的物体很大的深度精度。
深度缓冲的可视化
片段着色器中，内建gl_FragCoord向量的z值包含了那个特定片段的深度值。如果我们将这个深度值输出为颜色，我们可以显示场景中所有片段的深度值。我们可以根据片段的深度值返回一个颜色向量来完成这一工作：
void main()
{
FragColor = vec4(vec3(gl_FragCoord.z), 1.0);
}
运行后可以看到所有东西都是白色的，就好像得到了所有的深度值都是最大的1，即没有近物体，全是最远的。没有0一样，是因为：片段的深度值会随着距离迅速增加，所有的顶点的深度值都接近于1。如果慢慢靠近物体，可能会注意到颜色逐渐变暗，表示z值逐渐变小。
可以得到结论：近处的物体比起远处的物体对深度值有着更大的影响。只需要移动几厘米就能让颜色从暗完全变白。
也可以让片段非线性的深度值变换为线性的。如果要实现这个，只需要反转深度值的投影变换。意味着我们首先需要将深度值从[0,1]重新变为[-1,1]的范围 标准化设备坐标（裁剪空间）。接着需要像投影矩阵那样反转非线性方程，并将反转的方程应用到最终的深度值上。
首先我们将深度值变换为NDC，不是非常困难：
补充：NDC 归一化/规范化设备坐标系–normalized device coordinate
float z = depth * 2.0 - 1.0;
使用获取到的z值，应用逆变换来获取线性的深度值：
float linearDepth = (2.0 * near * far) / (far + near - z * (far - near));
这个方程是用投影矩阵推导得出的。返回一个near与far之间的深度值
将屏幕空间中非线性的深度值变换到线性深度值的完整片段着色器如下：
#version 330 core
out vec4 FragColor;
float near = 0.1;
float far = 100.0;
float LinearizeDepth(float depth)
{
float z = depth * 2.0 - 1.0; // back to NDC
return (2.0 * near * far) / (far + near - z * (far - near));
}
void main()
{
float depth = LinearizeDepth(gl_FragCoord.z) / far; // 为了演示除以 far
FragColor = vec4(vec3(depth), 1.0);
}
线性化的深度值处于near和far之间，它的大部分值都会大于1，并显示为完全的白色。通过在main函数中将线性深度值除以far，就近似把线性深度值转换到了[0,1]范围之间。可以看到：一个片段越接近投影平截头体的远平面，它就会越亮。
深度冲突
深度缓冲没有足够的精度来决定两个形状哪个在前面。结果就是这两个形状不断地在切换前后顺序，这会导致很奇怪的花纹。这个现象叫做深度冲突(Z-fighting)，因为它看起来像是这两个形状在争夺(Fight)谁该处于顶端。
深度冲突是深度缓冲的一个常见问题，当物体在远处时效果会更明显（因为深度缓冲在z值比较大的时候有着更小的精度）。深度冲突不能够被完全避免，但一般会有一些技巧有助于在你的场景中减轻或者完全避免深度冲突。
防止深度冲突
- 不要把多个物体摆的太靠近，以至于某些三角形会重叠。（可以在两个物体之间设置一个用户不注意的偏移值，避免两个物体的深度冲突）
- 尽可能将近平面设置远一些。因为，精度靠近平面时非常高，如果将近平面远离观察者，将会对整个平截头体有着更大的精度。但是将近平面设置太远将会导致近处的物体被裁剪掉，所以这通常需要实验和微调来决定最适合你的场景的近平面距离。
- 牺牲一些性能，使用更高精度的深度缓冲。大部分深度缓冲的精度是24位，但是大部分的显卡都支持32位的深度缓冲，这将极大地提高精度。
