3.3 深度测试 vs 面剔除

3.3 深度测试 vs 面剔除

本节摘要：面剔除在图元阶段按绕序丢掉背面三角形，省掉它们的片元着色。深度测试在片元阶段比较 z，决定新片元是否挡住旧片元。两者都是“丢弃”，但砍的层级不同：剔除砍几何，深度砍片元。关剔除会让封闭网格付双倍片元；关深度会让远近顺序变成画家算法。透明物体常常要测试深度但仍不写入深度。把两个开关当成一个“3D 开关”会调不明白遮挡。

你能学到什么

阅读完本节，你应当能够：

1. 指出面剔除与深度测试分别发生在管线哪一段
2. 对照 CCW 正面约定与镜像缩放导致的“缺面”
3. 说明 depthFunc LEQUAL 与深度写入关闭的典型组合
4. 解释 z-fighting 与近远平面选择的关系
5. 为不透明、透明、天空盒给出不同的深度策略

两把刀，一把砍三角，一把砍像素

面剔除看三角形绕序。默认认为逆时针为正面，背面丢掉。封闭凸网格从外面看，背面本来也不该看见，丢掉等于免费。开了剔除却看见破洞，常是绕序不统一，或缩放有负值把绕序翻了。这是第 2.2 节组装合同的延迟爆炸。

深度测试看片元的窗口 z 与深度附件里已有的值。更近的留下，更远的丢。它不认识物体，只认识像素级的数。两个共面多边形会打架，因为深度精度有限，这叫 z-fighting。CPU 把近平面设得太近、远平面太远，等于把精度预算浪费在你不关心的范围。

图元装配后：  绕序不对 → 剔除整三角  → 不进光栅
光栅之后：    z 比不过  → 丢掉片元    → 少跑或早停 FS
​

早深度：若 FS 没有 discard、不改深度，硬件可能在 FS 前就测深度，省着色。透明物体的 discard、alpha 测试风格代码会破坏这条优化。又是可编程与固定阶段互相拖后腿的例子。

状态对照

天空盒若先画且深度写入，后面物体可能全被挡，或相反。常见策略：最后画天空，深度函数设为 LEQUAL，盒子几何在远平面附近。这是深度合同，不是“天空着色器特殊”。

gl.enable(gl.CULL_FACE);
gl.cullFace(gl.BACK);
gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
gl.depthFunc(gl.LEQUAL);
gl.depthMask(true);
​

WebGL 深度范围默认 0 到 1。NDC 的 z 被映射进来。透视矩阵把精度挤向近处，远处物体更容易 fighting。解决对照：拉近远平面距离、polygon offset、把共面的贴花改成混合而不是第二张共面网格。不要第一反应关深度——那是把 3D 退回 2D 画家。

图：两把刀砍在不同层

工程：双面、offset、调试

布料、树叶要双面，关剔除或在资产里复制翻转面。关剔除最简单，片元翻倍。复制面增加顶点。移动端树叶我更倾向专门的双面着色器加 alpha discard，并接受早深度变差，而不是无脑关剔除还加高模。

polygon offset 给深度加一点偏置，用来画贴花、阴影 acne 缓解。参数凭场景调，没有全局真理。它改的是深度写入与比较，不改位置 Attribute。对照：想让贴花“贴住”用 offset；想让物体分开用挪位置。别用 offset 修装配错误。

调试深度：把 FS 输出成可视化的 z，或用引擎的深度材质。CPU 读深度要用 FBO 深度纹理，默认画布深度不一定能采。看见“近处物体被远处挡住”，先确认是否画了透明顺序、是否 depthMask 在上一 pass 被关了没开回来。状态泄漏比公式错误更常见。

⚠️ 常见坑：透明 pass 关了 depthMask 之后，不透明 UI 或下一帧物体开始乱挡。状态机没有作用域。pass 结束恢复默认表。

💡 关键直觉：剔除问“这三角有没有必要变成像素”；深度问“这像素有没有资格改颜色”。先开对不透明默认，再为特例关写入。

问题：只靠画家算法从远到近画，能不能不做深度？

2D 和排序过的 UI 可以。3D 相交的网格无法用单一顺序表达遮挡。深度缓冲存在的理由就是相交。关深度等于要求场景可排序且不相交。游戏世界几乎从不满足。性能优化里“减少 overdraw”是让深度尽早失败，不是删除深度。

NEAR/FAR 数值：单位随便，但比值不能太大。世界以米计时，near 0.1、far 1000 常常比 near 0.001、far 1e7 健康。CPU 选投影参数，是在给深度附件分配比特。第 3.1 节的投影对照在这里变成画质。

剪裁盒、视口、以及“看不见”的五种原因

除了剔除与深度，还有剪刀测试与视口。视口决定 NDC 怎么映到像素；剪刀限制写哪些像素。分屏、小地图用视口或剪刀。忘了恢复视口，主画面只剩一角。这与 3.4 的 FBO 尺寸问题同类：都是 CPU 状态泄漏。每次回默认 FBO 就把视口设回 drawingBuffer 尺寸，写成函数，不要靠记性。

看不见物体的五种常见原因，建议按这份清单查：MVP 把物体送到视锥外（3.1）；绕序加剔除把面砍光（本节）；深度函数或 near/far 让比较永失败（本节）；混合与颜色掩码没把颜色写出来（3.2）；FBO incomplete 或绑错（3.4）。不要一上来改着色器公式。公式错通常是颜色怪，不是完全看不见。完全看不见优先查提交与测试。

倒法线的网格在剔除开启时像破洞，关闭剔除后两面都在但光照仍黑。那是法线方向与绕序同时反了。资产管线要统一。运行时双面光照是补丁，会付双倍片元。补丁可以应急，不能当导出规范。

远平面外的物体被投影裁剪，不是深度测试丢掉的。裁剪发生在图元阶段，更早。把 far 加大能看见，但深度精度更差，fighting 增加。应用雾或层次细节，而不是无脑拉 far。投影参数是深度比特的分配，第 3.1 与本节是同一张饼。

反向 Z 与精度再分配

反向 Z 把近处精度重新分配，WebGL 里要改投影与 depthFunc，附件最好用浮点深度。能做，但合同改动大。先收 near/far 比值，往往足够。比值仍爆再评估反向 Z。不要在看不懂深度条纹时直接上反向 Z，那会同时改 3.1 与本节，调试空间为零。先可视化深度纹理，确认打架的是共面还是精度。共面用 offset 或合并网格；精度用投影参数。对症。

对照问答：缺面、打架、天空

关剔除就正常，开剔除就破？

绕序不统一或法线与绕序不一致。统一资产。运行时关剔除是双倍片元税，只能应急。双面布料应明确关，并接受填充率。破洞不要用混合补，那是把 3.2 当胶布。

贴花与地面闪？

共面 fighting。polygon offset 或把贴花沿法线抬一丁点。抬太多会漂。offset 参数按场景，写进材质。合并进地面纹理则无 fighting，是资产路。运行时抬是程序路。两条对照，按能否改资产选。

天空盒把所有东西挡住？

先画了天空且深度写入为真，深度附件已是远平面，后面物体比不过。改为最后画、关写入或用 LEQUAL 配远平面几何。天空不是特殊着色器特权，是深度合同。调试可视化深度，一眼能看见整屏被天空写满。

工程备忘：可视化与 near far 门禁

提供一键输出深度可视化。团队不会用可视化就会关深度。关深度是 2D 画家，3D 相交立刻错。near/far 比值门禁：超过一万打警告。关卡编辑器改相机时就能看见。天空盒最后画写进渲染器核心，不要靠每个场景记得。倒法线资产在导入时计算面积与法线一致性，不一致就拒绝。运行时双面是补丁，补丁要打日志，方便事后修资产。fighting 的贴花优先合并进地面，运行时 offset 当二选。门禁让 3.3 从调参变成工程。

深度验收场景：两个交叉盒子、一张贴花、一个天空、一层玻璃。交叉必须对；贴花不闪或可接受 offset；天空在后；玻璃不挡后面不透明。四条过了再谈精细模型。near/far 由关卡半径计算，禁止写死 0.001 与 1e7。编辑器改半径时重算。倒法线拒绝导入，附带网格名。运行时双面打计数，计数进遥测，方便找资产债。剪刀与视口恢复写进 restoreDefaults。分屏小地图漏恢复会让主画面缩到一角，像投影矩阵坏了。先看视口，再看矩阵。清单顺序能省半小时。可视化深度是本节的示波器，没有示波器不准调 offset。

深度可视化做成渲染器核心键，而不是某个人的本地补丁。核心键保证新人也能看见附件里有什么。看不见附件就只能关测试。关测试是把 3D 退回 2D。退回一次就会有人依赖错误顺序，再也开不回来。开不回来的项目不是缺公式，是缺示波器。本节把示波器当成纪律。

现场对照时只改一个变量。同时改版本、封装、通道，归因会消失。消失之后只能靠感觉，感觉正是本书要拆掉的东西。把改动写成一条，测完再写下一条。一条一条，四组对照才用得上。用不上的对照表只是装饰。装饰填不满格子，格子空着就不要标完工。深度这一格改完，用交叉盒子验收，不要直接上城市关卡。near 与 far 由关卡半径算出，禁止抄一套万能数。万能数会在下一关把精度饼分薄，fighting 再回来。回来时不要关测试，去收比值。比值门禁超过一万就警告，警告比事后 fighting 便宜。交叉盒子过了再上复杂网格，复杂网格过不了时先看绕序，再看 near far。绕序资产债用导入拒绝，不要用关剔除当长期药。长期药是资产绕序与投影比值，测试开关只应急。应急要打日志，方便事后把债还给资产。

本节速览

• 层级不同：剔除丢三角，深度丢片元；诊断时先问丢在哪一层。
• 绕序合同：CCW 正面；负缩放要补 frontFace 或修资产。
• 测试与写入可拆：透明常测但不写；泄漏会破坏后续 pass。
• z-fighting：共面加精度不足；先收近远平面，再 offset。
• 早深度：discard 与改深度会破坏，透明更贵不仅因为混合。
• 天空与贴花：用深度函数和 offset，而不是关深度当万能药。

下一节对照输出写到哪里：默认 canvas，还是你自己绑定的离屏帧缓冲。