本教程代码位于我的github，参考的英文教程讲解的比我好很多，推荐大家看一下。
这篇课程我们来实现z-buffer。z-buffer是什么？z-buffer是一个缓冲区，里面存的是图像内顶点的z值。我们为什么要把顶点的z值存起来呢？因为z值是场景内顶点的深度值，因此通过z-buffer我们可以确定一个点p是否可以画在屏幕上（当点p的深度值大于z-buffer中已有的深度值时，证明p点没有被遮挡）。
好了，我们先来直观的看一眼z-buffer吧：
你可能会大吃一惊：z-buffer是一张图？这么说即对也不对，我们确实可以把z-buffer显示成一张图，图中每个像素对应着我们实际图像中像素的深度值。所以这样图中越白的地方离我们越近（即z值越大）。
开始
我们先申请一块内存，用于存储像素的z值，大小应该等于我们图像的大小
float zBuffer[width][height];
设置zBuffer的初始值，我们希望刚开始zBuffer是空的，任何像素都能写入到图像中，所以初始化的代码应该是这样：
for(int i = 0; i < width; ++i)
for(int j = 0; j < height; ++j)
zBuffer[i][j] = -std::numeric_limits<float>::max();
好了，下一步祭出我们上次课程的代码，额外加上这次zBuffer的代码：
const int width = 500;
const int height = 500;
float3 lightDir(0, 0, -1);
Model model("resource/african_head/african_head.obj");
TGAImage image(width, height, TGAImage::RGB);
float zBuffer[width][height];
for(int i = 0; i < width; ++i)
for(int j = 0; j < height; ++j)
zBuffer[i][j] = -std::numeric_limits<float>::max();
for (int i = 0; i<model.nfaces(); i++) {
std::vector<int> face = model.face(i);
float3 screen_coords[3];
float3 world_coords[3];
for (int j = 0; j<3; j++) {
float3 v = model.vert(face[j]);
screen_coords[j] = float3(int((v.x + 1)*width / 2.0 + 0.5), int((v.y + 1)*height / 2.0 + 0.5), v.z);
world_coords[j] = v;
}
float3 a = world_coords[2] - world_coords[0];
float3 b = world_coords[1] - world_coords[0];
float3 n = a.cross(b);
float diffuse = n.normalize().dot(lightDir);
if (diffuse > 0)
{
TGAColor lightColor(diffuse * 255, diffuse * 255, diffuse * 255, 255);
Interpolation(screen_coords[0], screen_coords[1], screen_coords[2], [&](float3 p) {
// 本次额外增加的代码，如果p.z的值大于zBuffer中已有的值，证明当前点未被遮挡，则可以画如image，并且更新zBuffer。
if (p.z > zBuffer[int(p.x)][int(p.y)])
{
image.set(p.x, p.y, lightColor);
zBuffer[int(p.x)][int(p.y)] = p.z;
}
});
}
}
image.flip_vertically();
image.write_tga_file("output/lesson3/zBufferModel.tga");
关键代码在于
Interpolation(screen_coords[0], screen_coords[1], screen_coords[2], [&](float3 p) {
if (p.z > zBuffer[int(p.x)][int(p.y)])
{
image.set(p.x, p.y, lightColor);
zBuffer[int(p.x)][int(p.y)] = p.z;
}
});
当z值大于zBuffer中已有值的时候，证明这一像素未被遮挡，则可以画在屏幕上，最后别忘了更新zBuffer。
代码另外还有一处修改，因为我们上次课程的代码只对x,y进行了插值，这次我们需要额外对z值进行插值。修改Interpolation()的实现如下：
float3 barycentric(float3 A, float3 B, float3 C, float3 P) {
float3 s[2];
s[1].x = C.y - A.y;
s[1].y = B.y - A.y;
s[1].z = A.y - P.y;
s[0].x = C.x - A.x;
s[0].y = B.x - A.x;
s[0].z = A.x - P.x;
float3 u = s[0].cross(s[1]);
if (std::abs(u.z)>1e-2) // dont forget that u[2] is integer. If it is zero then triangle ABC is degenerate
return float3(1.f - (u.x + u.y) / u.z, u.y / u.z, u.x / u.z);
return float3(-1, 1, 1); // in this case generate negative coordinates, it will be thrown away by the rasterizator
}
void Interpolation(float3 p0, float3 p1, float3 p2, function<void(float3)> handler)
{
float2 bboxmin(1000, 1000);
float2 bboxmax(0, 0);
float2 clamp(1000, 1000);
bboxmin.x = std::max(0.0f, std::min(bboxmin.x, p0.x));
bboxmax.x = std::min(clamp.x, std::max(bboxmax.x, p0.x));
bboxmin.y = std::max(0.0f, std::min(bboxmin.y, p0.y));
bboxmax.y = std::min(clamp.y, std::max(bboxmax.y, p0.y));
bboxmin.x = std::max(0.0f, std::min(bboxmin.x, p1.x));
bboxmax.x = std::min(clamp.x, std::max(bboxmax.x, p1.x));
bboxmin.y = std::max(0.0f, std::min(bboxmin.y, p1.y));
bboxmax.y = std::min(clamp.y, std::max(bboxmax.y, p1.y));
bboxmin.x = std::max(0.0f, std::min(bboxmin.x, p2.x));
bboxmax.x = std::min(clamp.x, std::max(bboxmax.x, p2.x));
bboxmin.y = std::max(0.0f, std::min(bboxmin.y, p2.y));
bboxmax.y = std::min(clamp.y, std::max(bboxmax.y, p2.y));
float3 P;
for (P.x = bboxmin.x; P.x <= bboxmax.x; P.x++) {
for (P.y = bboxmin.y; P.y <= bboxmax.y; P.y++) {
float3 bc_screen = barycentric(p0, p1, p2, P);
if (bc_screen.x<0 || bc_screen.y<0 || bc_screen.z<0) continue;
P.z = 0;
P.z += p0.z * bc_screen.x;
P.z += p1.z * bc_screen.y;
P.z += p2.z * bc_screen.z;
handler(P);
}
}
}
思路与上次课程是一样的，只是增加了对于z值的插值。
这样就可以得到正确的模型图片：
假如我们想看一下zBuffer中的值也很容易，增加如下代码：
image.clear();
for (int i = 0; i < width; ++i)
{
for (int j = 0; j < height; ++j)
{
int gray = (zBuffer[i][j] + 1) / 2 * 255;
image.set(i, j, TGAColor(gray, gray, gray, 255));
}
}
image.flip_vertically();
image.write_tga_file("output/lesson3/zBuffer.tga");
z值的范围是[-1, 1]，为了把z值变成颜色值，我们需要先加1把z值约束到[0,2]，然后再除2乘以255，则深度值就变成了一个从0到255的数字。
得到图像：
下次课程，我们会为我们的图像附上纹理，等到这样的结果：
