将 OpenGL 深度测试应用于轨道球体

Question

我正在用 C++ 编写一个引力 n 体模拟，它使用 OpenGL 和 GLUT 进行动画处理（这是一个爱好项目）。大部分情况下，动画效果都很好，但是我遇到了两个无法解决的主要问题：

• 虽然启用了深度测试，但它没有按预期工作，并且
• 表面……嗯，很乱。

我的问题是，我该如何解决这些问题？

这两个问题都可以在以下图片中看到（对链接表示歉意，但我没有足够的代表来发布图片）。这些是简单轨道模拟的快照，从边缘观察。

Here 黄色球体绘制在紫色球体前面，应该是这样。

After half an orbit黄色球体仍然绘制在前面，即使它更远。

用于创建动画的代码如下。

#include <GL/glut.h>
#include "Cluster.h" // My own class.

// Scale for animation.  Each unit in the animation = 1/SCALE m.
const double SCALE = 1e-10;
// Size of spheres for animation.
const double SPHERE_SIZE = 2e10*SCALE;

// Cluster object contains bodies and updates their positions.
Cluster cluster();

// Array of rgb colors for spheres.
GLfloat colorArr[4][4] =
{ 
   {0.7, 0.7, 0.0, 1.0},
   {0.73, 0.24, 0.95, 1.0},
}

void display()
{
   glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
   glLoadIdentity();
   gluLookAt( 0.0*SCALE, 5e11*SCALE, 0.0*SCALE  // eye is on y-axis outside orbit.
            , 0.0, 0.0, 0.0 
            , 0.0, 0.0, 1.0 ); 

   for (int i=0; i<N; i++) // N is the number of bodies in cluster.
   { 
      glPushMatrix(); 
      glTranslated( SCALE*cluster.getX(i)     // Get coordinate of ith body.
                  , SCALE*cluster.getY(i)
                  , SCALE*cluster.getZ(i) );
      glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, colorArr[i]);
      glutSolidSphere(SPHERE_SIZE, 50, 50);
      glCullFace(GL_BACK);
      glPopMatrix();
   } 

   glutSwapBuffers();
} 

void reshape(GLint w, GLint h) 
{ 
   glViewport(0, 0, w, h);
   glMatrixMode(GL_PROJECTION);
   glLoadIdentity();
   gluPerspective(30.0, (GLfloat)w/(GLfloat)h, SCALE, 5e11*SCALE);
   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
} 

void animate() 
{ 
   // Update positions and redraw.
   cluster.update();
   display();
} 

void init() 
{ 
   GLfloat black[] = {0.0, 0.0, 0.0, 1.0};
   GLfloat white[] = {1.0, 1.0, 1.0, 0.5};
   GLfloat direction[] = {1.0, 1.0, 1.0, 0.0};

   glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, white);
   glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 10);

   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, black);
   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, white);
   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, white);
   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, direction);

   glEnable(GL_LIGHTING);
   glEnable(GL_LIGHT0);
   glEnable(GL_DEPTH_TEST);
} 

int main(int argc, char** argv) 
{
   glutInit(&argc, argv);
   glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
   glutInitWindowSize(800, 600);
   glutCreateWindow("Test Orbit");
   glutDisplayFunc(display);
   glutReshapeFunc(reshape);
   glutIdleFunc(animate);
   init();
   glutMainLoop();
}

Answer 1

OpenGL 的深度缓冲区具有有限的精度，并且您使用的数字足够大，您可能会遇到该精度限制。您可能想阅读this article about depth-buffer optimization，或者干脆使用比米更大的单位来表示天文距离。