各位观众，大家好！今天咱们来聊聊WebGPU渲染管线里那些“磨人的小妖精”——深度（Depth）、模板（Stencil）和混合（Blending）状态。别怕，听起来高大上，实际上掌握了它们的脾气，就能让你的渲染效果“更上一层楼”！
一、深度测试：谁前谁后，咱说了算！
首先，咱们来说说深度测试。想象一下，你在画一幅画，如果颜料没有先后顺序，那画面肯定是一团糟。在3D世界里也是一样，我们需要知道哪个物体挡住了哪个物体，才能正确地渲染画面。深度测试就是干这个的！
1. 深度缓冲（Depth Buffer）：你的3D世界的“备忘录”
深度缓冲，也叫Z缓冲，就是一个存储像素深度值的缓冲区。每个像素都有一个对应的深度值，这个值表示该像素距离摄像机的距离。渲染管线在渲染每个像素时，会将该像素的深度值与深度缓冲中已有的值进行比较，以此来决定是否需要更新该像素的颜色。
2. 深度比较函数（Depth Compare Function）：谁更靠近摄像机？
深度比较函数决定了如何比较新的深度值和已有的深度值。WebGPU提供了以下几种比较函数：
| 比较函数 | 含义 |
|---|---|
"never" |
永远不通过深度测试，新的像素永远不会被渲染。 |
"less" |
如果新的深度值小于已有的深度值，则通过深度测试，新的像素会被渲染。 |
"equal" |
如果新的深度值等于已有的深度值，则通过深度测试，新的像素会被渲染。 |
"less-equal" |
如果新的深度值小于或等于已有的深度值，则通过深度测试，新的像素会被渲染。 |
"greater" |
如果新的深度值大于已有的深度值，则通过深度测试，新的像素会被渲染。 |
"not-equal" |
如果新的深度值不等于已有的深度值，则通过深度测试，新的像素会被渲染。 |
"greater-equal" |
如果新的深度值大于或等于已有的深度值，则通过深度测试，新的像素会被渲染。 |
"always" |
永远通过深度测试，新的像素总是会被渲染。 |
通常情况下，我们使用 "less" 或者 "less-equal"。 "less"表示只有新的像素比已有的像素更靠近摄像机时，才会被渲染。"less-equal"则表示新的像素与已有的像素深度相同或者更靠近摄像机，都会被渲染。
3. 代码示例：配置深度测试
const renderPipelineDescriptor = {
// ... 其他配置 ...
depthStencil: {
depthWriteEnabled: true, // 启用深度写入
depthCompare: "less", // 使用 "less" 作为深度比较函数
format: "depth24plus-stencil8", // 深度/模板格式
},
};depthWriteEnabled 属性控制是否将新的深度值写入深度缓冲。如果设置为 true，则通过深度测试的像素的深度值会被写入深度缓冲，否则不会写入。
4. 深度的坑：深度冲突（Z-fighting）
深度冲突是指两个或多个物体在几乎相同的深度上，导致渲染结果出现闪烁或错误。这是因为深度缓冲的精度有限，无法区分非常接近的深度值。
解决深度冲突的方法有很多，例如：
- 调整物体的位置： 尽量避免物体在相同的深度上。
- 使用更小的近平面： 近平面越小，深度缓冲的精度越高。
- 使用深度偏移（Depth Bias）： 在渲染物体时，对深度值进行微小的偏移，使其略微靠近或远离摄像机。
二、模板测试：更精细的像素控制！
模板测试比深度测试更强大，它可以让我们根据自定义的规则来决定是否渲染某个像素。你可以把它想象成一块“橡皮擦”，你可以定义橡皮擦擦除哪些像素，留下哪些像素。
1. 模板缓冲（Stencil Buffer）：你的像素“通行证”
模板缓冲也是一个缓冲区，每个像素都有一个对应的模板值。模板值可以是任何整数值，我们可以使用模板值来标记像素，并根据标记来决定是否渲染该像素。
2. 模板操作（Stencil Operations）：如何修改“通行证”？
模板操作定义了在通过或未通过深度测试时，如何修改模板缓冲中的模板值。WebGPU提供了以下几种模板操作：
| 模板操作 | 含义 |
|---|---|
"keep" |
保持当前的模板值不变。 |
"zero" |
将模板值设置为 0。 |
"replace" |
将模板值替换为指定的值。 |
"invert" |
将模板值按位取反。 |
"increment-clamp" |
将模板值加 1，但如果超过最大值，则保持最大值不变。 |
"decrement-clamp" |
将模板值减 1，但如果小于最小值，则保持最小值不变。 |
"increment-wrap" |
将模板值加 1，如果超过最大值，则回绕到最小值。 |
"decrement-wrap" |
将模板值减 1，如果小于最小值，则回绕到最大值。 |
3. 模板比较函数（Stencil Compare Function）：像素是否“合格”？
模板比较函数决定了如何比较新的模板值和已有的模板值。与深度比较函数类似，WebGPU也提供了多种模板比较函数，例如 "never"、"less"、"equal"、"less-equal"、"greater"、"not-equal"、"greater-equal" 和 "always"。
4. 代码示例：配置模板测试
const renderPipelineDescriptor = {
// ... 其他配置 ...
depthStencil: {
depthWriteEnabled: true,
depthCompare: "less",
format: "depth24plus-stencil8", // 深度/模板格式
stencilFront: { // 前面
compare: "always", // 永远通过模板测试
failOp: "keep", // 深度测试失败时的模板操作
depthFailOp: "keep", // 深度测试通过，但模板测试失败时的模板操作
passOp: "replace", // 深度测试和模板测试都通过时的模板操作，这里设置为替换
},
stencilBack: { // 后面
compare: "always",
failOp: "keep",
depthFailOp: "keep",
passOp: "replace",
},
stencilReadMask: 0xFF, // 模板读取掩码，用于过滤模板值
stencilWriteMask: 0xFF, // 模板写入掩码，用于控制哪些位可以被写入
},
};这个例子中，我们启用了模板测试，并设置了模板操作为 "replace"，模板比较函数为 "always"。这意味着所有像素都会通过模板测试，并且模板值会被替换为指定的值。stencilFront 和 stencilBack 分别对应三角形的前面和背面，可以设置不同的模板操作。
5. 模板测试的应用：遮罩效果、轮廓渲染
模板测试可以用于实现各种各样的效果，例如：
- 遮罩效果： 使用模板缓冲来定义一个区域，只渲染该区域内的像素。
- 轮廓渲染： 使用模板缓冲来标记物体的边缘，然后渲染这些边缘。
- Portal效果： 创建穿越不同空间的入口。
三、混合（Blending）：让颜色“融合”在一起！
混合是指将新的像素颜色与已有的像素颜色进行混合，从而产生透明、半透明、发光等效果。
1. 混合因子（Blend Factor）：颜色的“权重”
混合因子决定了新的颜色和已有的颜色在混合过程中所占的权重。WebGPU提供了多种混合因子，例如：
| 混合因子 | 含义 |
|---|---|
"zero" |
使用 0 作为混合因子。 |
"one" |
使用 1 作为混合因子。 |
"src-color" |
使用源颜色（新的颜色）作为混合因子。 |
"one-minus-src-color" |
使用 1 减去源颜色作为混合因子。 |
"src-alpha" |
使用源颜色的Alpha值作为混合因子。 |
"one-minus-src-alpha" |
使用 1 减去源颜色的Alpha值作为混合因子。 |
"dst-color" |
使用目标颜色（已有的颜色）作为混合因子。 |
"one-minus-dst-color" |
使用 1 减去目标颜色作为混合因子。 |
"dst-alpha" |
使用目标颜色的Alpha值作为混合因子。 |
"one-minus-dst-alpha" |
使用 1 减去目标颜色的Alpha值作为混合因子。 |
"src-alpha-saturated" |
使用源颜色的Alpha值与 1 的最小值作为混合因子。 |
"constant" |
使用常量颜色作为混合因子。 |
"one-minus-constant" |
使用 1 减去常量颜色作为混合因子。 |
2. 混合操作（Blend Operation）：如何“融合”颜色？
混合操作定义了如何将新的颜色和已有的颜色进行混合。WebGPU提供了以下几种混合操作：
| 混合操作 | 含义 |
|---|---|
"add" |
将新的颜色和已有的颜色相加。 |
"subtract" |
将已有的颜色减去新的颜色。 |
"reverse-subtract" |
将新的颜色减去已有的颜色。 |
"min" |
选择新的颜色和已有的颜色中较小的那个。 |
"max" |
选择新的颜色和已有的颜色中较大的那个。 |
3. 代码示例：配置混合
const renderPipelineDescriptor = {
// ... 其他配置 ...
fragment: {
// ... 其他配置 ...
targets: [
{
format: presentationFormat,
blend: {
color: {
srcFactor: "src-alpha", // 源颜色Alpha
dstFactor: "one-minus-src-alpha", // 1 - 源颜色Alpha
operation: "add", // 相加
},
alpha: {
srcFactor: "one",
dstFactor: "zero",
operation: "add",
},
},
},
],
},
};这个例子中，我们配置了颜色混合，使用 "src-alpha" 作为源颜色的混合因子， "one-minus-src-alpha" 作为目标颜色的混合因子，混合操作为 "add"。这是一种常见的透明效果的配置。
4. 混合的应用：透明效果、发光效果
混合可以用于实现各种各样的效果，例如：
- 透明效果： 使用Alpha混合来实现物体的透明效果。
- 发光效果： 使用加法混合来实现物体的发光效果。
- 阴影效果： 使用乘法混合来实现阴影效果。
四、总结：掌握“三板斧”，渲染更自由！
深度测试、模板测试和混合是WebGPU渲染管线中非常重要的三个状态。掌握了它们，你就可以更加精细地控制渲染过程，实现各种各样的视觉效果。
- 深度测试： 解决遮挡关系，让你的3D世界更有层次感。
- 模板测试： 提供像素级别的控制，实现遮罩、轮廓等高级效果。
- 混合： 让颜色融合，创造透明、发光等炫酷视觉效果。
希望今天的讲解对大家有所帮助！多实践，多尝试，你也能成为WebGPU渲染大师！下次再见！