图形学笔记 -- OpenGL 图形学 / 高级 OpenGL：Stencil Test（模板测试）

前面的简单，看到后面，慢慢的有难度了，stencil 模板测试，要看好久才能理解。看了 ARM 的那篇文章，瞬间透彻了。 原来是一个 GPU 硬件版本的预设回调函数。[旺柴][旺柴]

在 OpenGLES 中，有三个可以绘制的 buffer（缓存），color buffer（颜色缓存），depth buffer（深度缓存）和 stencil buffer（模板缓存）。 对于 color buffer 和 depth buffer 来说，buffer 里面存储的一般都是浮点数，然而对于 stencil buffer，buffer 存储的是无符号整数，确切的说，0 或者 1。 在 OpenGLES 中，stencil buffer 一般最大有 8 位，这就意味着 stencil buffer 的最大值就是 0xFF。 首先要建立起来的观念就是 stencil buffer 的操作并不是加减乘除等算术运算，而是位操作运算。

三个 stencil test 相关的函数

void glStencilMask(GLuint mask);
void glStencilOp(GLenum sfail, GLenum dpfail, GLenum dppass);
void glStencilFunc(GLenum func, GLint ref, GLuint mask);

• glStencilMask 控制着写 stencil buffer 之前要做的一个与操作
• glStencilOp 设置了在完成 stencil test 后对当前 fragment 的 stencil 值的操作
  • stencil test 的结果有三种情况
    • stencil test 失败
    • stencil test 成功，depth test 失败
    • stencil test 成功，depth test 成功
  • 对于 stencil 值有 7 个操作
    • GL_KEEP
    • GL_ZERO
    • GL_REPLACE
    • GL_INCR
    • GL_INCR_WRAP
    • GL_DECR
    • GL_DECR_WRAP
    • GL_INVERT
• glStencilFunc 提供了三个参数
  • 比较函数 func，这个和 depth test 是完全一样的
  • 比较基准值 ref
  • 比较时需要用到的 mask

伪代码：

// stencil test 比较的时候需要 mask
status = glStencilFunc.func((stencilbuf[x,y] & glStencilFunc.mask), (glStencilFunc.ref & glStencilFunc.mask));
status |= depth_test_result;
if (status == stencil_test_fail) stencilop = glStencilOp.sfailop;
else if (status == stencil_test_pass & depth_test_fail) stencilop = glStencilOp.dpfailop;
else if (status == stencil_test_pass & depth_test_pass) stencilop = glStencilOp.dppassop;
// stencil test 结束后的操作不需要 mask
stencil_new_value = stencilop(stencilbuf[x,y]);
// 写入 stencil buffer 的时候需要另一个 mask
stencilbuf[x,y] = (stencil_new_value & glStencilMask.mask) | (stencilbuf[x,y] & (~glStencilMask.mask));

给物体加上轮廓的步骤

1. 在绘制物体前，把模板方程设置为 GL_ALWAYS ，用 1 更新物体将被渲染的片段。
2. 渲染物体，写入模板缓冲。
3. 关闭模板写入和深度测试。
4. 每个物体放大一点点。
5. 使用一个不同的片段着色器用来输出一个纯颜色。
6. 再次绘制物体，但只是当它们的片段的模板值不为 1 时才进行。
7. 开启模板写入和深度测试。

在应用程序端的性能优化

尽量多用 GL_KEEP，避免 GL_REPLACE。 假如应用程序只希望写 stencil buffer，下面两种情况是等价的。

glStencilOp(GL_REPLACE, GL_REPLACE, GL_REPLACE);
glStencilFunc(GL_ALWAYS, ref, mask);

glStencilOp(GL_KEEP, GL_REPLACE, GL_REPLACE);
glStencilFunc(GL_NOTEQUAL, ref, mask);

参考资料

• [1] 这个资料最好。Stencil Test（模板测试）不得不说的那些事 ARM
• [3] 这个资料第二好。OpenGL 模板缓存
• [2] 这个不知道在讲啥。使用 OpenGL 实现遮罩效果
• [4] 高级 OpenGL » 模板测试

• https://community.arm.com/cn/b/blog/posts/stencil-test
• https://blog.csdn.net/korekara88730/article/details/42213217
• https://blog.csdn.net/jaryguo/article/details/52627151
• https://learnopengl-cn.readthedocs.io/zh/latest/04%20Advanced%20OpenGL/02%20Stencil%20testing/