走进 Stencil Buffer 系列 0 : 模板缓冲和模板测试是什么?

作者：阿创
2020-04-27
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编辑注：Stencil Buffer 相关文章站内其实有文章和日志涉及到过。比如较为大家关注的《笼中窥梦（Moncage）》采访时就有提到（笼中窥梦@indienova）。这一次作者阿创投稿的系列文章将带大家了解更多相关的知识。

模板测试（Stencil Test）是现代渲染流水线的一环，其中涉及到的就是模板缓冲（Stencil Buffer），模板缓冲可以用来制作物体的遮罩、轮廓描边、阴影、遮挡显示等等效果，本章将带你了解什么是模板缓冲和模板测试。

一、模板缓冲是什么?

对现代渲染流水线有过了解的同学，一定知道深度测试（Depth Test）吧，深度测试可以从一个特定角度达到最近物体的排序的效果，与之相关的深度缓冲（Depth Buffer）里的值始终保存离摄像机最近物体的深度值（透明物体除外），这样就可以从前往后绘制物体了，避免了很多的 overdraw，大大提高了渲染性能，是渲染流水线不可或缺的一环。

但在深度测试之前还有一个测试，就是模板测试（Stencil Test），其知名度远远不及深度测试，有很多同学都只是偶尔听过一两下，不知道是什么东西，有啥用（就是之前的我了……）


下面就由我来带大家了解一下吧~

要想了解什么是模板测试，首先需要了解什么是模板缓冲（Stencil Buffer）。

其实和深度缓冲类似。模板缓冲也可以为屏幕上的每一个像素进行保存一个 8 位的无符号整数，即范围 0~255 的整数;

在 Unity 中，我们可以将这些模板值设置为我们想要的值，然后在随后渲染结果 Pass 与其进行比对，根据比对结果，我们就可以选择丢弃或是保留这个像素。此过程发生在渲染流水线的合并阶段中，具体在片元着色器之后，深度测试之前，被称为模板测试（Stencil Test）。

通俗的来说，模板测试就像上图我们用的喷漆涂鸦一样。 我们首先准备一张中间镂空形状为 T 的纸板，还有一张空白底板。 当我们拿喷漆喷在镂空纸板上，结果只有镂空的部分喷漆才能通过。这样就在空白底板印上了 T 字图案。

以上喷漆其实就对应了我们每一个像素的颜色，而镂空纸板对应就是模板（测试），最后空白底板就对应了最终显示在我们眼前的屏幕。

我猜这就是 Stencil Buffer 名字的由来吧……

二、Unity 中的语法

1. Stencil 常见语法格式

Stencil{
    Ref referenceValue          // 参考值 默认值为 0
    Comp comparisonFunction     // 定义参考值与缓冲值比较的方法 默认值为 Always
    Pass stencilOperation       // 定义当通过模板测试时，根据参考值对缓冲值的处理方法 默认值为 keep
    Fail stencilOperation       // 定义当没有通过模板测试时，根据参考值对缓冲值的处理方法 默认为 keep
    ZFail stencilOperation      // 定义当通过模板测试却没有通过深度测试时，根据参考值对缓冲值的处理方法 默认为 keep
}

举个实际例子

Stencil{    
    Ref 1
    Comp Equal
    Pass Keep
}

上述代码的意思是: 我们自己设定了 Ref 参考值为 1。渲染 Pass 得到像素颜色后，拿参考值 1 与模板缓冲中此像素位置的缓冲值比对，只有 Equal 相等才算通过，并且 Keep 保持原有缓冲值，否则丢弃此像素颜色。

例子：指定只渲染 stencil 值为 1 的像素颜色

三、后续安排

通过本章，相信大家已经了解了什么是模板缓冲了。也简单了介绍其在 Unity ShaderLab 中的语法。

后续几章将介绍在实际开发中，运用模板缓冲达到效果实现（应该不会咕咕咕吧，作业不多的话……）

我也可能没讲清楚哈哈哈，大家有啥不懂也积极评论交流嘛，大家一起学习进步~

参考资料

下一章预告

运用 Stencil Buffer 实现的轮廓描边：