Opengl学习之——模板测试

模板测试介绍

上一篇介绍了深度测试，实际上深度测试执行是在模板测试之后进行的，只有通过了模板测试之后的片段才会进行深度测试。在片段着色器执行完之后，需要经过一系列的测试，如下过程：在Opengl 3.0 以后Alpha测试已剔除，最后的逻辑操作一般也不使用。

模板测试类似于深度测试，也有一个缓冲区，来存储模板值，叫做模板缓冲（Stencil Buffer）。模板缓冲中的模板支通常是8位的，所以每个片段共有256种不同的模板值。可以在模板缓冲中设置我们所需要的模板值，然后在做模板测试时就可以根据这个值决定片段的保留与丢弃。

模板测试实例

举一个模板测试的例子来演示模板测试的作用，如下图。通过模板测试可以选择哪些地方可以显示出来，就像通过窗户看外面的风景一样。

该过程一般经过如下步骤：
- 开启模板测试
- 绘制模板，写入模板缓冲
- 关闭模板缓冲
- 渲染其他物体，基于该模板进行模板测试

模板测试中使用的函数

通过GL_STENCIL_TEST来开启模板测试

glEnable(GL_STENCIL_TEST);

每次循环中也要清除模板缓冲区：

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

同深度测试一样glDepthMask函数一样，模板缓冲也有一个相似函数。glStencilMask允许我们给模板值设置一个位遮罩(Bitmask)，它与模板值进行按位与（AND）运算决定缓冲是否可写入。

//此时，模板缓冲可写
glStencilMask(0xFF); 

//此时，模板缓冲不可写
glStencilMask(0x00); 

模板测试时如何进行比较呢，*glStencilFun*c 函数提供了比较的操作。

void glStencilFunc(GLenum func, GLint ref, GLuint mask)

• func：设置模板测试操作。这个测试操作应用到已经储存的模板值和glStencilFunc的ref值上，可用的选项是：GL_NEVER、GL_LEQUAL、GL_GREATER、GL_GEQUAL、GL_EQUAL、GL_NOTEQUAL、GL_ALWAYS。
• ref：指定模板测试的引用值。模板缓冲的内容会与这个值对比。
• mask：指定一个遮罩，在模板测试对比引用值和储存的模板值前，对它们进行按位与（and）操作，初始设置为1。

    glStencilFunc(GL_EQUAL, 1, 0xFF);

这个函数意思是，对遮罩0xFF按位与，然后模板中的值等于引用值1时就通过测试，否则不通过。

上面的函数告诉了怎么进行模板测试，但是如何更新模板缓冲呢？需要glStencilOp来设定。

void glStencilOp(GLenum sfail, GLenum dpfail, GLenum dppass)

• sfail： 如果模板测试失败将采取的动作。
• dpfail： 如果模板测试通过，但是深度测试失败时采取的动作。
• dppass： 如果深度测试和模板测试都通过，将采取的动作。

这里 pass 操作涉及到了深度测试，三种操作的关系如下[流程图]
(http://www.cnblogs.com/mikewolf2002/archive/2012/05/15/2500867.html)：

glStencilOp(GL_KEEP,GL_KEEP,GL_KEEP);

该函数表明任何测试，无论失败或通过，均保留现有模板缓冲的值

glStencilOp(GL_KEEP,GL_KEEP,GL_REPLACE);

将第三个参数改为GL_REPLACE后，如果模板测试和深度测试都通过后，将更新模板缓冲的值，即glStencilFunc函数的ref值。

该例子中实现的效果如下，就像从一个窗口中看物体。

主要代码设置如下：

glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_STENCIL_TEST);

//清除缓冲区
glClearColor(0.16f, 0.05f, 0.15f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 0xFF);
glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);
glStencilMask(0xFF);
//数据不写入颜色缓冲区，只是使用矩形来作为模板测试
glColorMask(GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE, GL_FALSE);
//深度缓冲区禁止写入，不影响后面的绘制操作
glDepthMask(GL_FALSE);

//绘制矩形模板
...
----------------------------------------------
glDepthMask(GL_TRUE);
glColorMask(GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE, GL_TRUE);
glStencilFunc(GL_EQUAL, 1, 0xFF);
glStencilMask(0x00);//设定为只读状态
//绘制物体
---------------------------------------------------
//绘制结束后需要设定可写入状态，因为还要清除模板缓冲
glStencilMask(0xFF);

高级效果——物体轮廓绘制

轮廓的绘制可以将一个物体展示的更显眼，游戏中常使用该方法将一个物体或人物作为选中对象，先来看一下效果：

主要思路如下：
1. 在绘制箱子时，将模板设定可更新，并更新为1。
2. 将箱子通过scale变换，放大箱子。
3. 绘制时使用纯色来绘制边缘，并设定模板值不等于1时通过测试，即只保留边框部分，注意此时不更新模板缓冲的值。

//开启深度测试和模板测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glEnable(GL_STENCIL_TEST);

/*绘制正常的两个立方体*/
glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 0xFF);
glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);
glStencilMask(0xFF);
//绘制箱子
....
//-----------------------------------------------
//绘制放大的物体
glStencilFunc(GL_NOTEQUAL, 1, 0xFF);
glStencilMask(0x00);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);//关闭深度缓冲，防止轮廓被遮挡
//矩阵变换，放大箱子
model = glm::scale(model, glm::vec3(1.1f, 1.1f, 1.1f));
//绘制放大的箱子
...

//--------------------------------
注意绘制后开启深度测试和模板写入权限
glStencilMask(0xFF);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);

更高级的特效

通过模板测试可以实现很多特效，如Planar reflections（镜面反射），有兴趣的可以自己尝试下。

参考资料

1.http://learnopengl-cn.readthedocs.io/zh/latest/04%20Advanced%20OpenGL/02%20Stencil%20testing/
2.https://open.gl/depthstencils
3.http://blog.csdn.net/wangdingqiaoit/article/details/52143197