08-深度与裁剪：depth test、face culling、clip space¶

目标¶

让 3D 场景“前后关系正确”：开启深度测试并正确清理深度缓冲
理解裁剪空间/视锥裁剪的基本规则，知道什么会被丢掉
用面剔除减少无效绘制，并理解绕序（winding order）

先决条件¶

已完成 04-坐标与变换：NDC、矩阵、MVP、右手系
建议已完成 07-相机：LookAt、轨道相机、第一人称相机

1. 深度缓冲：为什么你会看到“穿模”¶

没有深度测试时，GPU 会按绘制顺序覆盖像素：

后画的覆盖先画的

这在 2D 还好，在 3D 会立刻变成“穿模”和“乱叠”。

深度缓冲（Depth Buffer）存的是每个像素的深度值。深度测试做的事很朴素：

只有更近（通常是更小深度）的片元，才允许写入颜色

2. 最小落地：开启深度测试 + 每帧清 depth¶

初始化（一次即可）：

glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glDepthFunc(GL_LESS);

每帧清屏要同时清颜色与深度：

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

如果你忘了清深度，典型症状是：

画面出现“残影”“撕裂感”或对象突然消失（因为上一帧的深度还在挡着）

3. Clip Space 与裁剪：为什么物体会被“截掉”¶

你在顶点 shader 输出的是 gl_Position（裁剪空间坐标）。

GPU 会对它做两件关键事：

视锥裁剪：超出一定范围的几何会被裁剪/丢弃
齐次除法：得到 NDC（xyz / w）

你不需要背所有规则，但要有一个工程判断：

“我的物体是否落在相机的视锥里？”

最容易导致“突然全没了”的三个原因：

相机方向不对（View 错）
near/far 设错（Projection 错）
Model 把物体挪走了（Model 错）

4. 面剔除（Face Culling）：不画背面¶

当你的模型是封闭的（比如立方体），背面通常永远不可见。

开启剔除：

glEnable(GL_CULL_FACE);
glCullFace(GL_BACK);
glFrontFace(GL_CCW);

glFrontFace(GL_CCW) 的意思是：

默认把“顶点按逆时针绕序定义的三角形”当作正面

如果你发现开了剔除之后模型“看不到了”，先别怀疑人生，通常是：

模型绕序反了（CW/CCW）
你的变换做了负缩放（镜像）导致绕序翻转

5. 深度精度与 z-fighting：早晚会遇到¶

当两个面非常接近时，你可能看到闪烁（z-fighting）。

最常见的根因是深度精度不足，常见解决顺序：

先把 near 变大、far 变小（这是最有效、最简单的）
再考虑 polygon offset（后面做贴花/阴影会用到）

6. 透明与混合（Blending）：从“能画”到“看起来对”¶

透明不是“把 alpha 写成 0.5”，它是一整套规则：

颜色怎么混合（blend）
深度怎么处理（depth write / depth test）
绘制顺序怎么安排（排序）

6.1 开启混合：最常见的 alpha 混合¶

初始化（一次即可）：

glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

如果你的片元输出 vec4(rgb, a)，那么最终颜色约等于：

out = src * a + dst * (1-a)

6.2 深度与透明：最容易踩坑的组合¶

不透明物体的习惯是：

depth test 开
depth write 开（默认）
顺序随意（通常前到后更省像素）

透明物体通常更稳的规则是：

depth test 开（仍然需要遮挡）
depth write 关（避免“透明物体把后面的透明物体挡死”）
按相机距离从远到近画（保证混合正确）

绘制透明物体前（每帧，开始画透明队列之前）：

glDepthMask(GL_FALSE);

画完透明队列后恢复：

glDepthMask(GL_TRUE);

6.3 预乘 Alpha（Premultiplied Alpha）：UI/贴图常见语义¶

有些贴图数据是“预乘 alpha”的：RGB 已经乘过 A。

这时对应的混合因子通常是：

glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

你可以用一个工程口径记住区别：

非预乘：src.rgb 还没乘 a，用 SRC_ALPHA
预乘：src.rgb 已经乘 a，用 ONE

7. 模板缓冲（Stencil）：用一个 8-bit mask 做“分区域渲染”¶

模板缓冲的直觉是：每个像素除了 color/depth，还有一个小小的整数标签（常见 8-bit）。

你可以用它做很多“效果技巧”：

描边/高亮（先写模板，再只在模板外画一圈）
镜子/洞口/门户（只在模板区域画某个 pass）
HUD/遮罩（限制绘制范围）

7.1 开启模板测试与基本用法¶

初始化（一次即可）：

glEnable(GL_STENCIL_TEST);

最小配置（概念上）：

glStencilFunc：通过条件（参考值 vs 当前 stencil 值）
glStencilOp：通过/失败时怎么改 stencil 值

示例：先把某个物体所在像素的 stencil 写成 1：

glStencilMask(0xFF);
glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 0xFF);
glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);

然后再画第二遍，只允许在 stencil != 1 的地方画（用于描边外扩）：

glStencilMask(0x00);
glStencilFunc(GL_NOTEQUAL, 1, 0xFF);

画完恢复写入：

glStencilMask(0xFF);
glStencilFunc(GL_ALWAYS, 0, 0xFF);

7.2 记住“清理”与 FBO 的关系¶

如果你启用了 stencil buffer，每帧清理要把 stencil 也清掉：

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

离屏渲染时，如果你的 FBO 没有 stencil 附件，你再怎么 glEnable(GL_STENCIL_TEST) 也不会按你预期工作。

常见坑¶

只清了颜色没清深度：画面会越来越怪
near/far 乱填：深度问题会在你以为“还没学到那一步”时就出现
剔除开启后全消失：先检查绕序，再检查是否有负缩放
透明物体“越画越黑/越画越怪”：检查混合因子、深度写入、以及是否按远到近排序
Stencil 没效果：检查是否有 stencil buffer，是否清了 stencil，是否禁用了 stencil 写入（mask）

小练习¶

练习 1：做一个会旋转的立方体并验证深度测试¶

题目：画一个立方体（12 个三角形），旋转后观察遮挡是否正确
目标：让深度测试的价值变成肉眼可见

练习 2：故意制造 z-fighting¶

题目：画两个几乎重叠的平面，调整 near/far 观察闪烁变化
目标：把“深度精度”从概念变成现象

练习 3：做一个透明 Billboard（树叶/玻璃）并排序¶

题目：画多张带 alpha 的四边形，按相机距离从远到近绘制
目标：把“透明 = 混合 + 深度策略 + 顺序”跑通

练习 4：做一个描边效果（Stencil）¶

题目：第一遍写 stencil=1，第二遍略微放大模型，只在 stencil!=1 的区域画纯色边
目标：掌握 stencil 的最常用工程套路

小结¶

3D 必须开启深度测试，并且每帧清 depth
裁剪/视锥问题优先从 Model/View/Projection 去排查
面剔除是简单有效的性能手段，但要理解绕序与负缩放
透明渲染要同时管住：混合、深度写入、绘制顺序
Stencil 是“分区域渲染”的强力工具，描边/遮罩类效果都离不开它

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