可见性剔除 — Wu Chenfeng

一个物体在视野边缘突然消失，剔除可能把本该保留的区域排掉了。背面、视锥和遮挡测试都以减少无贡献工作为目标，但使用的数据和保守条件不同。先用可见对象对照基线，再逐层查看包围体与深度，才能定位误删来自哪一步。

背面剔除

封闭网格通常只需要看到朝外的一面。GPU 根据屏幕空间绕序判断三角形正反面，再按 Rasterizer State 剔除 Front 或 Back。

常见问题：

负缩放翻转绕序；
DCC、引擎和 API 的坐标手性不同；
法线方向正确不代表三角形绕序正确；
双面材质关闭剔除后，片元成本和过度绘制会增加。

视锥剔除

CPU 或 GPU 用对象 Bounds 与六个视锥平面测试。完全在任一平面外的对象不可见。

通常先用 Bounding Sphere 或 AABB 做便宜粗测。Bounds 太大会保留很多不可见对象；Bounds 太小会错误剔除动画、粒子或 Shader 位移后的几何。

视锥可以表示成六个朝内的平面。平面使用单位法线 $\mathbf n$ 和常数 $d$ ：

distance(\mathbf p)=\mathbf n\cdot\mathbf p+d

Bounding Sphere 的球心到任一平面的距离小于 $-r$ 时，整个球位于平面外：

cpp

bool IsSphereVisible(const Frustum& frustum,
                     Vector3 center, float radius)
{
    for (const Plane& plane : frustum.planes) {
        float distance = Dot(plane.normal, center) + plane.d;
        if (distance < -radius)
            return false;
    }
    return true;
}

AABB 可以使用投影半径测试。设半尺寸为 $\mathbf e$ ，平面法线为 $\mathbf n$ ，AABB 在法线方向的投影半径为：

r=e_x|n_x|+e_y|n_y|+e_z|n_z|

再使用与 Bounding Sphere 相同的 distance < -r 判断。球测试直接使用世界半径时要求平面法线为单位向量；未归一化时比较阈值应为 $-r\|\mathbf n\|$ 。AABB的投影半径已经包含法线尺度，法线和常数d一起缩放即可保持判定，无需额外归一化。提取投影矩阵平面时还要核对矩阵行列主序、NDC 深度和反向 Z。

保守边界的数值检查

平面 $x=0$ 朝向 $x\ge0$ ，盒子中心为 $(-2,0,0)$ 、半尺寸为 $(1,1,1)$ 。中心投影为-2，投影半径为1，最靠近平面的角也只有-1，因此可以剔除。把中心移到-1，盒子刚好接触平面，严格小于判定会保留它。动画或顶点位移必须扩展包围体；这个判定只证明包围体完全在外，不能修复包围体本身漏包几何的问题。

遮挡剔除

视锥内的物体仍可能被墙体和近处物体挡住。遮挡剔除需要根据已有遮挡信息判断 Bounds 是否可能可见。

常见方案：

离线 PVS/Portal；
Hardware Occlusion Query；
Software Rasterizer；
基于上一帧或当前帧 Hi-Z 的 GPU Occlusion Culling。

遮挡判断本身有成本，也会引入延迟和保守误差。小物体、动态遮挡和相机快速移动需要特别处理。

遮挡测试的完整区域摘要与包围体查询见基于深度的可见性优化。其保守方向与视锥测试相同：能够证明完全不可见才删除，数据缺失时保留。离线PVS或门户需要自己的场景分区输入，不能仅用一个运行时深度矩形替代。

验证方法

用反面、负缩放和不同绕序网格检查背面规则。
在视锥边界移动包围体，检查空间与矩阵约定。
让遮挡物快速移开，检查历史遮挡结果是否误删新露出的对象。

参考资料

Microsoft Rasterization Rules：覆盖规则与屏幕空间判定的API背景。
AABB支持半径由线性函数在长方体上的最大值推导，八角点CPU枚举作为独立检查。遮挡层级的实现与来源见基于深度的可见性优化。