模版测试 Stencil 简介，及在 Unity 中的应用

1 什么是模版测

首先了解图形渲染管线，如下图：

模版测试是GPU渲染流水线中的一个环节，在片元着色器之后的逐片元操作过程中执行。在透明度之后，深度测试之前。
   模版测试 Stencil 简介，及在 Unity 中的应用
   模版测试通过模版值进行相应操作，默认的模版值是0，是范围0-255的8位数。
   模版测试通过比较操作来决定片元是否渲染，以及如何更新模版值。参考值 Ref 和当前模版值 Mask 进行比较。
   --通过则进行渲染，并把模版值根据更新操作设置为参考值，
   --否则丢弃片元，且不更新模版值。

   比较操作：
   /* StencilFunction */
   #define GL_NEVER 0x0200
   #define GL_LESS 0x0201
   #define GL_EQUAL 0x0202
   #define GL_LEQUAL 0x0203
   #define GL_GREATER 0x0204
   #define GL_NOTEQUAL 0x0205
   #define GL_GEQUAL 0x0206
   #define GL_ALWAYS 0x0207

   更新操作:
   /* StencilOp */
   /* GL_ZERO */                       0
   #define GL_KEEP 0x1E00
   #define GL_REPLACE 0x1E01
   #define GL_INCR 0x1E02
   #define GL_DECR 0x1E03
   /* GL_INVERT */                   0x150A
   #define GL_INCR_WRAP 0x8507
   #define GL_DECR_WRAP 0x8508

   模版值的读取和写入，可以通过掩码控制。掩码分为 ReadMask 和 WiriteMask。
   掩码也是范围0-255的8位数，通过按位与进行掩码运算。这样模版值可以进行精准位操作，同时进行多层模版测试。
   --读入时值为 Mask & ReadMask
   --写入时值为 Ref & ReadMask

2 模版测试在OpenGL中怎么使用？
第一步，开启模版测试。
glEnable(GL_STENCIL_TEST);

第二步，清除模版缓冲。下面同时包含清除颜色缓冲和深度缓冲。
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

第三步，设置掩码值，此掩码为 WriteMask。一般总是0或255。
glStencilMask(0xFF);

第四步，设置模版函数。func 为上面提到的比较操作；ref 为参考模版值；mask 为 ReadMask。
glStencilFunc(GLenum func, GLint ref, GLuint mask)

   第五步，Ref 设置操作函数。所有参数为上面提到的更新操作。sfail为模版测试失败的操作；
   dpfail为模版测试成功，深度测试失败的操作；dppass 为模版测试和深度测试都通过的操作。
   glStencilOp(GLenum sfail, GLenum dpfail, GLenum dppass)

3 模版测试在GLSL中怎么使用？
模版测试在 Shader 中通过下面函数进行控制，其中后面五个为可选，不填写使用默认值。

   stencil{
   Ref 128
   Comp GEqual
   ReadMask 255
   WriteMask 255
   Pass Replace
   Fail Keep
   ZFail Keep
   }

4 模版测试在Unity中怎么使用？
在 unity 中在 UI 的默认着色器中支持了此功能，为了在同一个着色器中支持多个操作，参数通过数值进行操作。

Stencil
{
Ref [_Stencil]
Comp [_StencilComp]
Pass [_StencilOp]
ReadMask [_StencilReadMask]
WriteMask [_StencilWriteMask]
}

_StencilComp ("Stencil Comparison", Float) = 8           --比较操作
_Stencil ("Stencil ID", Float) = 0                       --参考值
_StencilOp ("Stencil Operation", Float) = 0               --通过时 Ref 更新操作
_StencilWriteMask ("Stencil Write Mask", Float) = 255   --写入掩码
_StencilReadMask ("Stencil Read Mask", Float) = 255       --读取掩码

下面为参数树枝和操作的对照关系表，因为在 OpenGL 中更新操作不是连续的枚举值，所以和下面的顺序无法对应，
而且 unity 官方文档没有说明导致试使用起来比较迷惑～_～。将下面的值在 material 中填写即可完成模版测试。

1 - Never
   2 - Less
   3 - Equal
   4 - LEqual
   5 - Greater
   6 - NotEqual
   7 - GEqual
   8 - Always

   0 - Keep
   1 - Zero
   2 - Replace
   3 - IncrSat
   4 - DecrSat
   5 - Invert
   6 - IncrWrap
   7 - DecrWrap

5 模版测试的应用
   主要应用就是控制片元是否绘制来完成我们的图形绘制需求。且模版测试本身的性能不是问题，可以放心使用。
   例如：
       1 UGUI 的 SrollView 组件中，默认会有一个 Mask 组件，就是通过模版测试来控制是否可见进行渲染。
       实现方式
       --通过在运行时将子组件的 material 进行切换为含有默认模版测试的 material 进行渲染。
       导致问题
       --在子组件中不能使用我们自定义的 material，否则会被替换。
       --在替换的过程中还有一个遍历操作，当含有大量子组件时，性能会受到影响。

2 引导过程中高亮显示。尤其是我就有高要求的轮廓显示和不规则图形的显示。

3 规定类型和区域的渲染显示。

参考文章：
https://learnopengl-cn.github.io/04%20Advanced%20OpenGL/02%20Stencil%20testing/
https://docs.unity3d.com/Manual/SL-Stencil.html
https://blog.csdn.net/wangdingqiaoit/article/details/52143197

注：图片资源来源于网络

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