Z坐标、深度缓存和透视投影

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这个是3D图形学中很重要的内容，虽然基础，但对理解3D图形世界非常关键。所以了解透彻是很有用处的。

下面先讲讲Z坐标。Z坐标和X、Y坐标一样。在变换、裁减和透视除法后，Z的范围为-1.0~1.0。DepthRange映射指定Z坐标的变换，这与用于将X和Y映射到窗口坐标的视口变换类似，但DepthRange映射又与视口映射有所不同，因为深度缓存的硬件方案对应用程序来说是隐藏的。调用DepthRange的参数是[0.0,1.0]，与一片断相联的Z值（深度值）表示到眼睛的距离。在默认情况下，最接近眼睛的片断（在近截面上）被映射到0.0，离眼睛最远的片断（在远截面上）映射到1.0。片断可以映射为深度缓存范围的子集（通过在DepthRange中指定更小的值）。映射也可以相反，这样的话离眼睛最远的片断在0.0，最近的片断在1.0（调用DepthRange(1.0,0.0))，虽然这样反向映射是可以的，但对实际应用作用不大。

要理解为什么渲染质量上会不一致，最重要的是要理解屏幕Z坐标的特性。Z值指定了从片断到眼睛的距离。在正交投影中距离和Z值的关系是线性的，但在透视投影中却不是的。在透视投影中这种关系是非线性的，而且非线性的程度与Frustum函数中的far/near（或gluPerspective函数中的zFar/zNear）成比例。这种非线性在靠近近截面时增加了Z值的精度，而且增加了深度缓存的效率；但是在视见体的其它部分则降低了精度，也就减少了深度缓存的精确性。根据经验，far/near比值大于1000会有这种不好的效果。所以一般far/near比值应小于1000。要想解决这个问题，最简单的方法是通过将近截面远离眼睛来降低far/near比值，其唯一的副作用是离眼睛很近的物体可能会被裁减掉，但在特定的应用程序中这很少是个问题，近截面的位置对X、Y坐标的投影没有影响，因此这对图像的影响很小。

还有OpenGL光栅化和深度缓存的一些其他方面值得一提。一个大问题是光栅化过程使用不精确的算法，所以很难处理共面的图元，除非它们共享相同的平面方程。这个问题在有限精度的深度缓存实现中更加严重。这些问题包括：贴花(decaling)、隐藏线消除、轮廓多边形和阴影等。不过现在已经提出许多方法来解决这些问题，如PolygonOffset技术等。

深度缓存的位数是衡量深度缓存精度的参数。深度缓存位数越高，则精确度越高，目前的显卡一般都可支持16位的Z Buffer，一些高级的显卡已经可以支持32位的Z Buffer，但一般用24位Z Buffer就已经足够了。