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Direct3D模板缓存

news 文章来源：https://blog.csdn.net/SwordArcher/article/details/133143317 2024/10/28 3:30:36

模板缓存是一个用于获得某种特效的离屏缓存，模板缓存的分辨率与后台缓存和深度缓存的分辨率完全相同，所以像素也是一一对应的，模板缓存允许我们动态的，有针对性的决定是否将某个像素写入后台缓存中。

例如实现镜面效果时，我们只需在在镜子所在平面中绘制某个特定物体的映像，但是如果想只在镜面所对应的子区域中显示物体的映像，这是就可用模板缓存来阻止物体映像在非镜面区域中的绘制，a中镜面和墙壁映像都会被绘制，b中阻止了非镜面区域的绘制

模板缓存的使用

为了使用模板缓存，在Direct3D初始化时需要查询当前设备是否支持模板缓存，如果支持还需要将其启用。

Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILENABLE, true);
//do stencil work
Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILENABLE, false);

我们可以使用IDirect3DDevice9::Clear方法将模板缓存清空为一个默认值，该方法也可对后台缓存和深度缓存进行清空操作

Device->Clear(0, 0, D3DCLEAR_TARGET | D3DCLEAR_ZBUFFER | D3DCLEAR_STENCIL, 0x00000000, 1.0f, 0);

在第三个参数中增加了标记D3DClEAR_DTENCIL表明我们要对模板缓存、目标缓存(后台缓存)和深度缓存进行清空操作，第6个参数用于指定要将模板缓存清为何值。

模板缓存格式的查询

模板缓存可与深度缓存一同创建，为深度缓存指定格式时，我们可以同时指定模板缓存的格式，模板缓存和深度缓存共享同一个离屏的表面缓存，而每个像素的内存段被划分为若干部分，分别于某种特定缓存相对应例如：

D3DFMT_D24S8：创建一个32位深度/模板缓存，其中每个像素的24位指定给深度缓存，8位指定给模板缓存
D3DFMT_D24X4S4：创建一个32位深度/模板缓存，每个像素的24位指定给深度缓存，4位指定给模板缓存，其余4位不使用
D3DFMT_D15S1：创建一个16位深度/模板缓存，每个像素的15位指定给深度缓存，1位指定给模板缓存
一些格式没有模板缓存分配任何空间，例如D3DFMT_D32格式仅创建一个32位的深度缓存

模板测试

判定是否将某个像素写入后台缓存的决策过程过程称为模板测试，假定模板已处于启用状态则每个像素都需要进行模板测试。

(ref & mask) ComparisonOperation (value & mask)
左操作数LHS：由应用程序定义的模板参考值ref和模板掩码mask通过按位与运算得到
右操作数RHS：由当前进行测试的像素的模板缓存中的数值value与模板掩码mask按位与得到
运算结果为true则将该像素写入后台缓存，如果为false将阻止该像素被写入后台缓存，当一个像素不被写入后台缓存时，也不会被写入深度缓存。

模板测试的控制

模板参考值
模板参考值ref的默认值为0，我们可用D3DRS_STENCILREF绘制状态改变该值，我们倾向于使用16进制数，这样可使整数的位排列一目了然，方便按位逻辑运算

Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILREF, 0x1);

模板掩码
模板掩码用于屏蔽ref和value变量中某些位，默认值为0xffffffff，表会不屏蔽任何位，可借助绘制状态D3DRS_STENCILMASK来修改

//屏蔽了高16位
Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILMASK, 0x0000ffff);

模板值
该值是当前待测试像素在模板缓存中的对应值，不能显式地单独设置模版值，但是可对模板缓存进行清空操作，还可以用模板的绘制状态控制将要写入模板缓存的内容。

比较运算
可通过绘制状态D3DRS_STENCILFUNC来设置比较运算符函数，参数可用D3DCMPFUNC类型枚举
D3DCMP_NEVER：模板测试总是失败，即比较函数总是返回false
D3DCMP_LESS：LHS<RHS，则模板测试成功
D3DCMP_EQUAL：LHS=RHS，则模板测试成功
D3DCMP_LESSEQUAL：LHS<=RHS
D3DCMP_GREATER：LHS>RHS
D3DCMP_NOTEQUAL：LHS!=RHS
D3DCMP_GREATEREQUAL：LHS>=RHS
D3DCMP_ALWAYS：模板测试总是成功，返回true

模板缓存的更新

除了决定一个具体像素是否应被写入后台缓存，我们还可以基于以下3种可能的情形定义模板缓存中的值如何进行更新

第i行、第j列的像素模板测试失败，可借助绘制状态D3DRS_STENCILFAIL将模板缓存中处于同样位置的项的更新方式定义如下

Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILFAIL, StencilOperation);

第i行、第j列的像素深度测试失败，可借助绘制状态D3DRS_STENCILZFAIL将模板缓存中处于同样位置的项的更新方式定义如下

Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILZFAIL, StencilOperation);

第i行、第j列的像素深度测试、模板测试均成功，可借助绘制状态D3DRS_STENCILPASS将模板缓存中处于同样位置的项的更新方式定义如下

Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILPASS, StencilOperation);

StencilOperation可取以下预定义常量
D3DSTENCILOP_KEEP：不更新模板缓存中的值(保留当前值)
D3DSTENCILOP_ZERO：将模板缓存中的值设为0
D3DSTENCILOP_REPLACE：用模板参考值替代模板缓存中的对应值
D3DSTENCILOP_INCRSAT：增加模板缓存中的对应数值，如果超过最大值，则取最大值
D3DSTENCILOP_DECRSAT：减少模板缓存中的对应数值，如果小于最小值，则取最小值
D3DSTENCILOP_INVERT：模板缓存中的对应值按位取反
D3DSTENCILOP_INCR：增加模板缓存中的对应数值，如果超过最大值，则取0
D3DSTENCILOP_DECR：减少模板缓存中的对应数值，如果小于0，则取最大值

模板写掩码

除了模板绘制状态，还可设置写掩码，该值可屏蔽我们将写入模板缓存的任何值的某些位，可用绘制状态D3DRS_STENCILWRITEMASK来设定写掩码的值，默认值为0xffffffff

Device->SetRenderState(D3DRS_STENCILWRITEMASK, 0x0000ffff);

镜面效果例程

程序中实现镜面效果需要解决俩个问题
1.了解对于任意平面物体如何成像
2.必须将某一表面区域"标记"为镜面

D3DX库提供了用于创建对于任意平面的镜像变换矩阵

D3DXMATRIX* D3DXMatrixReflect(D3DXMATRIX *pOut,		CONST D3DXPLANE *pPlane
);

3种其他类型的镜像变换矩阵，分别为相对于3个标准坐标平面(yz平面、xz平面及xy平面)所做的镜像变换

$R_{yz}=\begin{bmatrix} -1 & 0 & 0 &0 \\ 0&1 & 0 &0 \\ 0& 0& 1 &0 \\ 0& 0 &0 &1 \end{bmatrix}$ $R_{xz}=\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 &0 \\ 0&-1 & 0 &0 \\ 0& 0& 1 &0 \\ 0& 0 &0 &1 \end{bmatrix}$ $R_{xy}=\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 &0 \\ 0&1 & 0 &0 \\ 0& 0& -1 &0 \\ 0& 0 &0 &1 \end{bmatrix}$

为求得一个点相对于yz平面所成的像，只需将该点的x分量取反，类似xz平面将y分量取反，xy平面将z分量取反

效果实现

实现镜面效果时，一个物体仅当位于镜面之前时才对其进行成像计算，然而我们不想进行空间测试以判断某物体是否位于镜面之前，因为这样会使问题变得更加复杂，为了简化简化这个问题，无论物体在何处，都计算其成像并进行绘制，然后借助模板缓存区阻止部分区域的绘制

1.往常绘制整个场景(地板、墙壁、镜面、茶壶)但先不绘制茶壶的映像
2.将模板缓存清0
3.将构成镜面的图元绘制到模板缓存中，将模板测试设置为总是true，并指定如果测试通过，模板缓存值被替换为1，所以镜面外的区域像素值则为0
4.将茶壶的映像绘制到后台缓存和模板缓存中，如果通过了模板测试，将茶壶的映像仅绘制到后台缓存中，模板测试成功条件为模板缓存值为1，这样茶壶仅被绘制到镜面区域中