OpenGL ES 从零开始的实现系列：（十一）模板测试
2023-09-05 11:27:46
OpenGL ES模板测试：探索模板缓冲区的使用
模板测试是计算机图形学中一种高级渲染技术，主要用于优化渲染性能并实现一些特殊效果，它的工作原理是利用一个名为“模板缓冲区”（Stencil Buffer）的数据结构来控制片段的显示与否。为了方便各位理解，本文将详细介绍模板测试的原理和使用方法。
模板测试简介
模板测试与深度测试非常相似，主要区别在于深度测试是根据片段的深度值来决定是否将其丢弃，而模板测试则是根据模板缓冲区中存储的模板值来决定是否丢弃片段。模板缓冲区是一个与颜色缓冲区和深度缓冲区类似的缓冲区，但它存储的是模板值而不是颜色值或深度值。
模板测试的工作原理
模板测试主要包括以下几个步骤：
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设置模板值： 使用glClear()函数或glClearStencil()函数来设置模板缓冲区的初始值。
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启用模板测试： 使用glEnable()函数启用模板测试功能。
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设置模板测试条件： 使用glStencilFunc()函数来设置模板测试条件。此函数接受三个参数：
- 比较函数： 指定如何将模板缓冲区中的值与参考值进行比较。常用的比较函数包括GL_EQUAL、GL_NOTEQUAL、GL_LESS和GL_GREATER等。
- 参考值： 指定用于比较的参考值。
- 模板掩码： 指定对模板缓冲区中的值进行比较时使用的掩码。
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设置模板操作： 使用glStencilOp()函数来设置模板操作。此函数接受三个参数：
- 模板失败操作： 指定当模板测试失败时对模板缓冲区中的值执行的操作。常用的模板失败操作包括GL_KEEP、GL_ZERO和GL_REPLACE等。
- 模板通过操作： 指定当模板测试通过时对模板缓冲区中的值执行的操作。常用的模板通过操作与模板失败操作类似。
- 模板深度失败操作： 指定当模板测试通过且深度测试失败时对模板缓冲区中的值执行的操作。
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执行渲染操作： 执行渲染操作，这时模板缓冲区中的值将被用于确定是否丢弃片段。
模板测试的应用
模板测试可以被用来实现多种效果，包括：
- 遮挡剔除： 模板测试可以用来剔除被其他物体遮挡的片段，从而提高渲染性能。
- 剪裁： 模板测试可以用来剪裁场景中的某些部分，从而实现一些特殊的效果，例如创建洞穴或隧道。
- 模板阴影： 模板测试可以用来实现模板阴影，这是最常见的一种利用深度测试无法实现的复杂效果。
模板测试的启用与禁用
模板测试可以使用glEnable()函数启用，也可以使用glDisable()函数禁用。以下代码演示了如何启用模板测试：
glEnable(GL_STENCIL_TEST);
模板测试条件的设置
模板测试条件可以使用glStencilFunc()函数设置，该函数接受三个参数，如下所示：
glStencilFunc(GLenum func, GLint ref, GLuint mask);
- func： 指定模板测试条件的比较函数。
- ref： 指定模板测试条件的参考值。
- mask： 指定模板测试条件的模板掩码。
模板测试操作的设置
模板测试操作可以使用glStencilOp()函数设置，该函数接受三个参数，如下所示：
glStencilOp(GLenum fail, GLenum zfail, GLenum zpass);
- fail： 指定模板测试失败时对模板缓冲区中的值执行的操作。
- zfail： 指定模板测试通过但深度测试失败时对模板缓冲区中的值执行的操作。
- zpass： 指定模板测试通过且深度测试也通过时对模板缓冲区中的值执行的操作。
模板测试的实际应用
模板测试可以用于实现多种效果，例如：
- 模板阴影： 模板测试可以用于实现模板阴影，该技术不需要生成深度图，因此比传统的阴影技术更为高效。
- 遮挡剔除： 模板测试可以用于剔除被其他物体遮挡的片段，从而提高渲染性能。
- 剪裁： 模板测试可以用于剪裁场景中的某些部分，从而实现一些特殊的效果，例如创建洞穴或隧道。
模板测试的性能优化
模板测试是一种开销比较大的技术，因此在使用时需要注意性能优化。以下是一些优化模板测试性能的技巧：
- 只在需要的时候使用模板测试： 不要在不需要的时候启用模板测试，因为这会增加渲染开销。
- 使用模板缓冲区的子区域： 如果你只需要对场景中的某个区域执行模板测试，那么可以使用模板缓冲区的子区域来减少开销。
- 使用模板掩码来优化模板测试： 模板掩码可以用来限制模板测试的范围，从而减少开销。
模板测试是一种非常强大的技术，可以用来实现多种效果。但它也是一种开销比较大的技术，因此在使用时需要注意性能优化。
