OpenGL中的Alpha测试,深度测试,模板测试,裁减测试 .
我們在前面的課程中，曾經提到了“深度測試”的概念，它在繪制三維場景的時候特別有用。在不使用深度測試的時候，如果我們先繪制一個距離較近的物體，再繪制距離較遠的物體，則距離遠的物體因為后繪制，會把距離近的物體覆蓋掉，這樣的效果并不是我們所希望的。
如果使用了深度測試，則情況就會有所不同：每當一個像素被繪制，OpenGL就記錄這個像素的“深度”（深度可以理解為：該像素距離觀察者的距離。深度值越大，表示距離越遠），如果有新的像素即將覆蓋原來的像素時，深度測試會檢查新的深度是否會比原來的深度值小。如果是，則覆蓋像素，繪制成功；如果不是，則不會覆蓋原來的像素，繪制被取消。這樣一來，即使我們先繪制比較近的物體，再繪制比較遠的物體，則遠的物體也不會覆蓋近的物體了。
實際上，只要存在深度緩沖區，無論是否啟用深度測試，OpenGL在像素被繪制時都會嘗試將深度數據寫入到緩沖區內，除非調用了glDepthMask(GL_FALSE)來禁止寫入。這些深度數據除了用于常規的測試外，還可以有一些有趣的用途，比如繪制陰影等等。
除了深度測試，OpenGL還提供了剪裁測試、Alpha測試和模板測試。
1、剪裁測試
剪裁測試用于限制繪制區域。我們可以指定一個矩形的剪裁窗口，當啟用剪裁測試后，只有在這個窗口之內的像素才能被繪制，其它像素則會被丟棄。換句話說，無論怎么繪制，剪裁窗口以外的像素將不會被修改。
有的朋友可能玩過《魔獸爭霸3》這款游戲。游戲時如果選中一個士兵，則畫面下方的一個方框內就會出現該士兵的頭像。為了保證該頭像無論如何繪制都不會越界而覆蓋到外面的像素，就可以使用剪裁測試。
可以通過下面的代碼來啟用或禁用剪裁測試：
glEnable(GL_SCISSOR_TEST);??//?啟用剪裁測試
glDisable(GL_SCISSOR_TEST);?//?禁用剪裁測試
可以通過下面的代碼來指定一個位置在(x,?y)，寬度為width，高度為height的剪裁窗口。
glScissor(x,?y,?width,?height);
注意，OpenGL窗口坐標是以左下角為(0,?0)，右上角為(width,?height)的，這與Windows系統窗口有所不同。
還有一種方法可以保證像素只繪制到某一個特定的矩形區域內，這就是視口變換（在第五課第3節中有介紹）。但視口變換和剪裁測試是不同的。視口變換是將所有內容縮放到合適的大小后，放到一個矩形的區域內；而剪裁測試不會進行縮放，超出矩形范圍的像素直接忽略掉。
2、Alpha測試
在前面的課程中，我們知道像素的Alpha值可以用于混合操作。其實Alpha值還有一個用途，這就是Alpha測試。當每個像素即將繪制時，如果啟動了Alpha測試，OpenGL會檢查像素的Alpha值，只有Alpha值滿足條件的像素才會進行繪制（嚴格的說，滿足條件的像素會通過本項測試，進行下一種測試，只有所有測試都通過，才能進行繪制），不滿足條件的則不進行繪制。這個“條件”可以是：始終通過（默認情況）、始終不通過、大于設定值則通過、小于設定值則通過、等于設定值則通過、大于等于設定值則通過、小于等于設定值則通過、不等于設定值則通過。
如果我們需要繪制一幅圖片，而這幅圖片的某些部分又是透明的（想象一下，你先繪制一幅相片，然后繪制一個相框，則相框這幅圖片有很多地方都是透明的，這樣就可以透過相框看到下面的照片），這時可以使用Alpha測試。將圖片中所有需要透明的地方的Alpha值設置為0.0，不需要透明的地方Alpha值設置為1.0，然后設置Alpha測試的通過條件為：“大于0.5則通過”，這樣便能達到目的。當然也可以設置需要透明的地方Alpha值為1.0，不需要透明的地方Alpha值設置為0.0，然后設置條件為“小于0.5則通過”。Alpha測試的設置方式往往不只一種，可以根據個人喜好和實際情況需要進行選擇。
可以通過下面的代碼來啟用或禁用Alpha測試：
glDisable(GL_ALPHA_TEST);?//?禁用Alpha測試
可以通過下面的代碼來設置Alpha測試條件為“大于0.5則通過”：
該函數的第二個參數表示設定值，用于進行比較。第一個參數是比較方式，除了GL_LESS(小于則通過)外，還可以選擇：
GL_ALWAYS（始終通過），
GL_NEVER（始終不通過），
GL_LESS（小于則通過），
GL_LEQUAL（小于等于則通過），
GL_EQUAL（等于則通過），
GL_GEQUAL（大于等于則通過），
GL_NOTEQUAL（不等于則通過）。
現在我們來看一個實際例子。一幅照片圖片，一幅相框圖片，如何將它們組合在一起呢？為了簡單起見，我們使用前面兩課一直使用的24位BMP文件來作為圖片格式。（因為發布到網絡上，為了節約容量，我所發布的是JPG格式。大家下載后可以用Windows?XP自帶的畫圖工具打開，并另存為24位BMP格式）
注：第一幅圖片是著名網絡游戲《魔獸世界》的一幅桌面背景，用在這里希望沒有涉及版權問題。如果有什么不妥，請及時指出，我會立即更換。
在24位的BMP文件格式中，BGR三種顏色各占8位，沒有保存Alpha值，因此無法直接使用Alpha測試。注意到相框那幅圖片中，所有需要透明的位置都是白色，所以我們在程序中設置所有白色（或很接近白色）的像素Alpha值為0.0，設置其它像素Alpha值為1.0，然后設置Alpha測試的條件為“大于0.5則通過”即可。這種使用某種特殊顏色來代表透明顏色的技術，有時又被成為Color?Key技術。
利用前面第11課的一段代碼，將圖片讀取為紋理，然后利用下面這個函數來設置“當前紋理”中每一個像素的Alpha值。
有了紋理后，我們開啟紋理，指定合適的紋理坐標并繪制一個矩形，這樣就可以在屏幕上將圖片繪制出來。我們先繪制相片的紋理，再繪制相框的紋理。程序代碼如下：
其中：load_texture函數是從第11課中照搬過來的（該函數還使用了一個power_of_two函數，一個BMP_Header_Length常數，同樣照搬），無需進行修改。main函數跟其它課程的基本相同，不再重復。
程序運行后，會發現相框與相片的銜接有些不自然，這是因為相框某些邊緣部分雖然肉眼看上去是白色，但其實RGB值與純白色相差并不少，因此程序計算其Alpha值時認為其不需要透明。解決辦法是仔細處理相框中的每個像素，在需要透明的地方涂上純白色，這也許是一件很需要耐心的工作。
??? 大家可能會想：前面我們學習過混合操作，混合可以實現半透明，自然也可以通過設定實現全透明。也就是說，Alpha測試可以實現的效果幾乎都可以通過OpenGL混合功能來實現。那么為什么還需要一個Alpha測試呢？答案就是，這與性能相關。Alpha測試只要簡單的比較大小就可以得到最終結果，而混合操作一般需要進行乘法運算，性能有所下降。另外，OpenGL測試的順序是：剪裁測試、Alpha測試、模板測試、深度測試。如果某項測試不通過，則不會進行下一步，而只有所有測試都通過的情況下才會執行混合操作。因此，在使用Alpha測試的情況下，透明的像素就不需要經過模板測試和深度測試了；而如果使用混合操作，即使透明的像素也需要進行模板測試和深度測試，性能會有所下降。還有一點：對于那些“透明”的像素來說，如果使用Alpha測試，則“透明”的像素不會通過測試，因此像素的深度值不會被修改；而使用混合操作時，雖然像素的顏色沒有被修改，但它的深度值則有可能被修改掉了。
因此，如果所有的像素都是“透明”或“不透明”，沒有“半透明”時，應該盡量采用Alpha測試而不是采用混合操作。當需要繪制半透明像素時，才采用混合操作。
?? 3、模板測試
模板測試是所有OpenGL測試中比較復雜的一種。
首先，模板測試需要一個模板緩沖區，這個緩沖區是在初始化OpenGL時指定的。如果使用GLUT工具包，可以在調用glutInitDisplayMode函數時在參數中加上GLUT_STENCIL，例如：
?
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE?|?GLUT_RGBA?|?GLUT_STENCIL);?
在Windows操作系統中，即使沒有明確要求使用模板緩沖區，有時候也會分配模板緩沖區。但為了保證程序的通用性，最好還是明確指定使用模板緩沖區。如果確實沒有分配模板緩沖區，則所有進行模板測試的像素全部都會通過測試。
通過glEnable/glDisable可以啟用或禁用模板測試。
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glEnable(GL_STENCIL_TEST);??//?啟用模板測試glDisable(GL_STENCIL_TEST);?//?禁用模板測試
?
OpenGL在模板緩沖區中為每個像素保存了一個“模板值”，當像素需要進行模板測試時，將設定的模板參考值與該像素的“模板值”進行比較，符合條件的通過測試，不符合條件的則被丟棄，不進行繪制。
條件的設置與Alpha測試中的條件設置相似。但注意Alpha測試中是用浮點數來進行比較，而模板測試則是用整數來進行比較。比較也有八種情況：始終通過、始終不通過、大于則通過、小于則通過、大于等于則通過、小于等于則通過、等于則通過、不等于則通過。
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glStencilFunc(GL_LESS,?3,?mask);?
這段代碼設置模板測試的條件為：“小于3則通過”。glStencilFunc的前兩個參數意義與glAlphaFunc的兩個參數類似，第三個參數的意義為：如果進行比較，則只比較mask中二進制為1的位。例如，某個像素模板值為5（二進制101），而mask的二進制值為00000011，因為只比較最后兩位，5的最后兩位為01，其實是小于3的，因此會通過測試。
如何設置像素的“模板值”呢？glClear函數可以將所有像素的模板值復位。代碼如下：
?
glClear(GL_STENCIL_BUFFER_BIT);?
可以同時復位顏色值和模板值：
?
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT?|?GL_STENCIL_BUFFER_BIT);?
正如可以使用glClearColor函數來指定清空屏幕后的顏色那樣，也可以使用glClearStencil函數來指定復位后的“模板值”。
每個像素的“模板值”會根據模板測試的結果和深度測試的結果而進行改變。
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glStencilOp(fail,?zfail,?zpass);?
該函數指定了三種情況下“模板值”該如何變化。第一個參數表示模板測試未通過時該如何變化；第二個參數表示模板測試通過，但深度測試未通過時該如何變化；第三個參數表示模板測試和深度測試均通過時該如何變化。如果沒有起用模板測試，則認為模板測試總是通過；如果沒有啟用深度測試，則認為深度測試總是通過）
變化可以是：
GL_KEEP（不改變，這也是默認值），
GL_ZERO（回零），
GL_REPLACE（使用測試條件中的設定值來代替當前模板值），
GL_INCR（增加1，但如果已經是最大值，則保持不變），
GL_INCR_WRAP（增加1，但如果已經是最大值，則從零重新開始），
GL_DECR（減少1，但如果已經是零，則保持不變），
GL_DECR_WRAP（減少1，但如果已經是零，則重新設置為最大值），
GL_INVERT（按位取反）。
在新版本的OpenGL中，允許為多邊形的正面和背面使用不同的模板測試條件和模板值改變方式，于是就有了glStencilFuncSeparate函數和glStencilOpSeparate函數。這兩個函數分別與glStencilFunc和glStencilOp類似，只在最前面多了一個參數face，用于指定當前設置的是哪個面?？梢赃x擇GL_FRONT,?GL_BACK,?GL_FRONT_AND_BACK。
注意：模板緩沖區與深度緩沖區有一點不同。無論是否啟用深度測試，當有像素被繪制時，總會重新設置該像素的深度值（除非設置glDepthMask(GL_FALSE);）。而模板測試如果不啟用，則像素的模板值會保持不變，只有啟用模板測試時才有可能修改像素的模板值。（這一結論是我自己的實驗得出的，暫時沒發現什么資料上是這樣寫。如果有不正確的地方，歡迎指正）
另外，模板測試雖然是從OpenGL?1.0就開始提供的功能，但是對于個人計算機而言，硬件實現模板測試的似乎并不多，很多計算機系統直接使用CPU運算來完成模板測試。因此在一些老的顯卡，或者是多數集成顯卡上，大量而頻繁的使用模板測試可能造成程序運行效率低下。即使是當前配置比較高端的個人計算機，也盡量不要使用glStencilFuncSeparate和glStencilOpSeparate函數。
從前面所講可以知道，使用剪裁測試可以把繪制區域限制在一個矩形的區域內。但如果需要把繪制區域限制在一個不規則的區域內，則需要使用模板測試。
例如：繪制一個湖泊，以及周圍的樹木，然后繪制樹木在湖泊中的倒影。為了保證倒影被正確的限制在湖泊表面，可以使用模板測試。具體的步驟如下：
(1)?關閉模板測試，繪制地面和樹木。
(2)?開啟模板測試，使用glClear設置所有像素的模板值為0。
(3)?設置glStencilFunc(GL_ALWAYS,?1,?1);?glStencilOp(GL_KEEP,?GL_KEEP,?GL_REPLACE);繪制湖泊水面。這樣一來，湖泊水面的像素的“模板值”為1，而其它地方像素的“模板值”為0。
(4)?設置glStencilFunc(GL_EQUAL,?1,?1);?glStencilOp(GL_KEEP,?GL_KEEP,?GL_KEEP);繪制倒影。這樣一來，只有“模板值”為1的像素才會被繪制，因此只有“水面”的像素才有可能被倒影的像素替換，而其它像素則保持不變。
?繪制這個場景的思路跟前面提到的湖面倒影是接近的。
假設平面鏡所在的平面正好是X軸和Y軸所確定的平面，則球體和它在平面鏡中的鏡像是關于這個平面對稱的。我們用一個draw_sphere函數來繪制球體，先調用該函數以繪制球體本身，然后調用glScalef(1.0f,?1.0f,?-1.0f);?再調用draw_sphere函數，就可以繪制球體的鏡像。
另外需要注意的地方就是：因為是繪制三維的場景，我們開啟了深度測試。但是站在觀察者的位置，球體的鏡像其實是在平面鏡的“背后”，也就是說，如果按照常規的方式繪制，平面鏡會把鏡像覆蓋掉，這不是我們想要的效果。解決辦法就是：設置深度緩沖區為只讀，繪制平面鏡，然后設置深度緩沖區為可寫的狀態，繪制平面鏡“背后”的鏡像。
有的朋友可能會問：如果在繪制鏡像的時候關閉深度測試，那鏡像不就不會被平面鏡遮擋了嗎？為什么還要開啟深度測試，又需要把深度緩沖區設置為只讀呢？實際情況是：雖然關閉深度測試確實可以讓鏡像不被平面鏡遮擋，但是鏡像本身會出現若干問題。我們看到的鏡像是一個球體，但實際上這個球體是由很多的多邊形所組成的，這些多邊形有的代表了我們所能看到的“正面”，有的則代表了我們不能看到的“背面”。如果關閉深度測試，而有的“背面”多邊形又比“正面”多邊形先繪制，就會造成球體的背面反而把正面擋住了，這不是我們想要的效果。為了確保正面可以擋住背面，應該開啟深度測試。
繪制部分的代碼如下：
其中display函數的末尾調用了一個grab函數，它保存當前的圖象到一個BMP文件。這個函數本來是在第十課和第十一課中都有所使用的。但是我發現它有一個bug，現在進行了修改：在函數最開頭的部分加上一句：glReadBuffer(GL_FRONT);即可。注意這個函數最好是在繪制完畢后（如果是使用雙緩沖，則應該在交換緩沖后）立即調用。
? 大家可能會有這樣的感覺：模板測試的設置是如此復雜，它可以實現的功能應該很多，肯定不止這樣一個“限制像素的繪制范圍”。事實上也是如此，不過現在我們暫時只講這些。
其實，如果不需要繪制半透明效果，有時候可以用混合功能來代替模板測試。就繪制鏡像這個例子來說，可以采用下面的步驟：
(1)?清除屏幕，在glClearColor中設置合適的值確保清除屏幕后像素的Alpha值為0.0
(2)?關閉混合功能，繪制球體本身，設置合適的顏色（或者光照與材質）以確保所有被繪制的像素的Alpha值為0.0
(3)?繪制平面鏡，設置合適的顏色（或者光照與材質）以確保所有被繪制的像素的Alpha值為1.0
(4)?啟用混合功能，用GL_DST_ALPHA作為源因子，GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA作為目標因子，這樣就實現了只有原來Alpha為1.0的像素才能被修改，而原來Alpha為0.0的像素則保持不變。這時再繪制鏡像物體，注意確保所有被繪制的像素的Alpha值為1.0。
在有的OpenGL實現中，模板測試是軟件實現的，而混合功能是硬件實現的，這時候可以考慮這樣的代替方法以提高運行效率。但是并非所有的模板測試都可以用混合功能來代替，并且這樣的代替顯得不自然，復雜而且容易出錯。
另外始終注意：使用混合來模擬時，即使某個像素原來的Alpha值為0.0，以致于在繪制后其顏色不會有任何變化，但是這個像素的深度值有可能會被修改，而如果是使用模板測試，沒有通過測試的像素其深度值不會發生任何變化。而且，模板測試和混合功能中，像素模板值的修改方式是不一樣的。
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? 4、深度測試
在本課的開頭，已經簡單的敘述了深度測試。這里是完整的內容。
深度測試需要深度緩沖區，跟模板測試需要模板緩沖區是類似的。如果使用GLUT工具包，可以在調用glutInitDisplayMode函數時在參數中加上GLUT_DEPTH，這樣來明確指定要求使用深度緩沖區。
深度測試和模板測試的實現原理很類似，都是在一個緩沖區保存像素的某個值，當需要進行測試時，將保存的值與另一個值進行比較，以確定是否通過測試。兩者的區別在于：模板測試是設定一個值，在測試時用這個設定值與像素的“模板值”進行比較，而深度測試是根據頂點的空間坐標計算出深度，用這個深度與像素的“深度值”進行比較。也就是說，模板測試需要指定一個值作為比較參考，而深度測試中，這個比較用的參考值是OpenGL根據空間坐標自動計算的。
通過glEnable/glDisable函數可以啟用或禁用深度測試。
glEnable(GL_DEPTH_TEST);??//?啟用深度測試
glDisable(GL_DEPTH_TEST);?//?禁用深度測試
至于通過測試的條件，同樣有八種，與Alpha測試中的條件設置相同。條件設置是通過glDepthFunc函數完成的，默認值是GL_LESS。
glDepthFunc(GL_LESS);
與模板測試相比，深度測試的應用要頻繁得多。幾乎所有的三維場景繪制都使用了深度測試。正因為這樣，幾乎所有的OpenGL實現都對深度測試提供了硬件支持，所以雖然兩者的實現原理類似，但深度測試很可能會比模板測試快得多。當然了，兩種測試在應用上很少有交集，一般不會出現使用一種測試去代替另一種測試的情況。
?? 小結：
本次課程介紹了OpenGL所提供的四種測試，分別是剪裁測試、Alpha測試、模板測試、深度測試。OpenGL會對每個即將繪制的像素進行以上四種測試，每個像素只有通過一項測試后才會進入下一項測試，而只有通過所有測試的像素才會被繪制，沒有通過測試的像素會被丟棄掉，不進行繪制。每種測試都可以單獨的開啟或者關閉，如果某項測試被關閉，則認為所有像素都可以順利通過該項測試。
剪裁測試是指：只有位于指定矩形內部的像素才能通過測試。
Alpha測試是指：只有Alpha值與設定值相比較，滿足特定關系條件的像素才能通過測試。
模板測試是指：只有像素模板值與設定值相比較，滿足特定關系條件的像素才能通過測試。
深度測試是指：只有像素深度值與新的深度值比較，滿足特定關系條件的像素才能通過測試。
上面所說的特定關系條件可以是大于、小于、等于、大于等于、小于等于、不等于、始終通過、始終不通過這八種。
模板測試需要模板緩沖區，深度測試需要深度緩沖區。這些緩沖區都是在初始化OpenGL時指定的。如果使用GLUT工具包，則可以在glutInitDisplayMode函數中指定。無論是否開啟深度測試，OpenGL在像素被繪制時都會嘗試修改像素的深度值；而只有開啟模板測試時，OpenGL才會嘗試修改像素的模板值，模板測試被關閉時，OpenGL在像素被繪制時也不會修改像素的模板值。
利用這些測試操作可以控制像素被繪制或不被繪制，從而實現一些特殊效果。利用混合功能可以實現半透明，通過設置也可以實現完全透明，因而可以模擬像素顏色的繪制或不繪制。但注意，這里僅僅是顏色的模擬。OpenGL可以為像素保存顏色、深度值和模板值，利用混合實現透明時，像素顏色不發生變化，但深度值則會可能變化，模板值受glStencilFunc函數中第三個參數影響；利用測試操作實現透明時，像素顏色不發生變化，深度值也不發生變化，模板值受glStencilFunc函數中前兩個參數影響。
此外，修正了第十課、第十一課中的一個函數中的bug。在grab函數中，應該在最開頭加上一句glReadBuffer(GL_FRONT);以保證讀取到的內容正好就是顯示的內容。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的OpenGL中的Alpha测试,深度测试,模板测试,裁减测试 .的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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