cocos2dx clippingNode的实现原理

clippingNode是利用opengl的裁剪缓冲区实现的，因为最近有使用这个功能需要，顺便把这部分实现看看了看。

opengl的裁剪主要有以下几个步骤：

1、开启裁剪缓冲区

2、设置裁剪缓冲区中的mask。

3、正常绘制图形，这个时候会根据裁剪缓冲区的值和设置好的比较函数进行计算，根据通过与否选择是否会知道framebuffer

4、绘制完成之后关闭裁剪缓冲区

这几个步骤在cocos2dx的clippingNode中体现在以下的这段代码中：

<pre name="code" class="cpp">    _groupCommand.init(_globalZOrder);
    renderer->addCommand(&_groupCommand);

    renderer->pushGroup(_groupCommand.getRenderQueueID());

    _beforeVisitCmd.init(_globalZOrder);
    _beforeVisitCmd.func = CC_CALLBACK_0(ClippingNode::onBeforeVisit,this);   //1
    renderer->addCommand(&_beforeVisitCmd);
    if (_alphaThreshold < 1)
    {
#if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_MAC || CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WIN32 || CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_LINUX)
#else
        // since glAlphaTest do not exists in OES,use a shader that writes
        // pixel only if greater than an alpha threshold
        GLProgram *program = GLProgramCache::getInstance()->getGLProgram(GLProgram::SHADER_NAME_POSITION_TEXTURE_ALPHA_TEST_NO_MV);
        GLint alphaValueLocation = glGetUniformLocation(program->getProgram(),GLProgram::UNIFORM_NAME_ALPHA_TEST_VALUE);
        // set our alphaThreshold
        program->use();
        program->setUniformLocationWith1f(alphaValueLocation,_alphaThreshold);
        // we need to recursively apply this shader to all the nodes in the stencil node
        // FIXME: we should have a way to apply shader to all nodes without having to do this
        setProgram(_stencil,program);
        
#endif

    }
    _stencil->visit(renderer,_modelViewTransform,flags);   //2

    _afterDrawStencilCmd.init(_globalZOrder);
    _afterDrawStencilCmd.func = CC_CALLBACK_0(ClippingNode::onAfterDrawStencil,this);  //3
    renderer->addCommand(&_afterDrawStencilCmd);

    int i = 0;
    bool visibleByCamera = isVisitableByVisitingCamera();
    //4
    if(!_children.empty())
    {
        sortAllChildren();
        // draw children zOrder < 0
        for( ; i < _children.size(); i++ )
        {
            auto node = _children.at(i);
            
            if ( node && node->getLocalZOrder() < 0 )
                node->visit(renderer,flags);
            else
                break;
        }
        // self draw
        if (visibleByCamera)
            this->draw(renderer,flags);
        
        for(auto it=_children.cbegin()+i; it != _children.cend(); ++it)
            (*it)->visit(renderer,flags);
    }
    else if (visibleByCamera)
    {
        this->draw(renderer,flags);
    }

    _afterVisitCmd.init(_globalZOrder);
    _afterVisitCmd.func = CC_CALLBACK_0(ClippingNode::onAfterVisit,this);   //5
    renderer->addCommand(&_afterVisitCmd);

在这段代码中一共有5步：

1、onBeforeVisit函数：在这个函数中启动了裁剪缓冲去，并且设置好缓冲区比较函数。

2、绘制裁剪图形，这里使用图形的alpha来确定什么区域可以绘制什么区域不绘制，通过设置的比较函数来设置裁剪缓冲区的值。

3、裁剪缓冲设置完毕之后，重新设置裁剪参数（比较函数和ref、mask等）。

4、绘制图形，通过测试的将会知道frambuffer。

5、关闭裁剪缓冲区。上面的第1、2步骤一起完成了裁剪缓冲去mask的设置工作。

3、4步完成了裁剪工作。

5步清楚了裁剪参数配置，关闭裁剪缓冲区，恢复普通绘制。

下面具体看看每一步都是怎么工作的：

第一步：为了方便我直接在代码中进行注释来说明。（中文注释是我自己的理解）

  <pre name="code" class="cpp">///////////////////////////////////
    // INIT

    // increment the current layer
    s_layer++;    //这个参数是为了可以在clippingNode中嵌入clippingNode使用的，但是通过分析我发现这里有一点点小bug。

    // mask of the current layer (ie: for layer 3: 00000100)
    GLint mask_layer = 0x1 << s_layer;    //这个值作为裁剪缓冲区中的mask。
    // mask of all layers less than the current (ie: for layer 3: 00000011)
    GLint mask_layer_l = mask_layer - 1;
    // mask of all layers less than or equal to the current (ie: for layer 3: 00000111)
    _mask_layer_le = mask_layer | mask_layer_l;

    // manually save the stencil state

    _currentStencilEnabled = glIsEnabled(GL_STENCIL_TEST);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_WRITEMASK,(GLint *)&_currentStencilWriteMask);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_FUNC,(GLint *)&_currentStencilFunc);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_REF,&_currentStencilRef);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_VALUE_MASK,(GLint *)&_currentStencilValueMask);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_FAIL,(GLint *)&_currentStencilFail);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_PASS_DEPTH_FAIL,(GLint *)&_currentStencilPassDepthFail);
    glGetIntegerv(GL_STENCIL_PASS_DEPTH_PASS,(GLint *)&_currentStencilPassDepthPass);

    // enable stencil use
    glEnable(GL_STENCIL_TEST);
    // check for OpenGL error while enabling stencil test
    CHECK_GL_ERROR_DEBUG();

    // all bits on the stencil buffer are readonly,except the current layer bit,// this means that operation like glClear or glStencilOp will be masked with this value
    glStencilMask(mask_layer);   //设置当前使用的参见缓冲区id

    // manually save the depth test state

    glGetBooleanv(GL_DEPTH_WRITEMASK,&_currentDepthWriteMask);

    // disable depth test while drawing the stencil
    //glDisable(GL_DEPTH_TEST);
    // disable update to the depth buffer while drawing the stencil,// as the stencil is not meant to be rendered in the real scene,// it should never prevent something else to be drawn,// only disabling depth buffer update should do
    glDepthMask(GL_FALSE);  //关闭深度检测

    ///////////////////////////////////
    // CLEAR STENCIL BUFFER

    // manually clear the stencil buffer by drawing a fullscreen rectangle on it
    // setup the stencil test func like this:
    // for each pixel in the fullscreen rectangle
    //     never draw it into the frame buffer
    //     if not in inverted mode: set the current layer value to 0 in the stencil buffer
    //     if in inverted mode: set the current layer value to 1 in the stencil buffer
    glStencilFunc(GL_NEVER,mask_layer,mask_layer);  //设置裁剪缓冲区的比较函数和参数
    glStencilOp(!_inverted ? GL_ZERO : GL_REPLACE,GL_KEEP,GL_KEEP);   //设置比较失败或者通过之后对裁剪缓冲去的操作。
    //这两个函数是操作裁剪缓冲去的最重要的两个函数，后面会做详细介绍

    // draw a fullscreen solid rectangle to clear the stencil buffer
    //ccDrawSolidRect(Vec2::ZERO,ccpFromSize([[Director sharedDirector] winSize]),Color4F(1,1,1));
    drawFullScreenQuadClearStencil();  //这里进行一次绘制，因为上面将测试函数设置为了GL_NEVER，表示永远不会通过测试，所以这次绘制不会绘制到裁剪缓冲区，通过上面的glStencilOp函数可知如果不取反则此时缓冲区全为0，否则全为mask_layer。
    
    ///////////////////////////////////
    // DRAW CLIPPING STENCIL

    // setup the stencil test func like this:
    // for each pixel in the stencil node
    //     never draw it into the frame buffer
    //     if not in inverted mode: set the current layer value to 1 in the stencil buffer
    //     if in inverted mode: set the current layer value to 0 in the stencil buffer
	//这里再次设置比较函数和操作：如果不取反，则缓冲区会被设置为mask_layer，否则设置为0
    glStencilFunc(GL_NEVER,mask_layer);
    glStencilOp(!_inverted ? GL_REPLACE : GL_ZERO,GL_KEEP);
   //因为我们是使用图片的alpha进行裁剪，所以对于非gles平台，直接使用alphatest功能：
	//对于通过alpha测试的区域，如果取反，则设置为mask_layer，否则设置0.
          //如果是opengles平台，因为不支持alphatest，所以使用了一个自定义的shader来实现alphatest，这个shader很简单，就是如果alpha通过则绘制，如果不通过，直接discard。  opengles设置shader的代码在上面的一段代码中，就是修改node的shaderprogram。
    // enable alpha test only if the alpha threshold < 1,// indeed if alpha threshold == 1,every pixel will be drawn anyways
    if (_alphaThreshold < 1) {
#if (CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_MAC || CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_WIN32 || CC_TARGET_PLATFORM == CC_PLATFORM_LINUX)
        // manually save the alpha test state
        _currentAlphaTestEnabled = glIsEnabled(GL_ALPHA_TEST);
        glGetIntegerv(GL_ALPHA_TEST_FUNC,(GLint *)&_currentAlphaTestFunc);
        glGetFloatv(GL_ALPHA_TEST_REF,&_currentAlphaTestRef);
        // enable alpha testing
        glEnable(GL_ALPHA_TEST);
        // check for OpenGL error while enabling alpha test
        CHECK_GL_ERROR_DEBUG();
        // pixel will be drawn only if greater than an alpha threshold
        glAlphaFunc(GL_GREATER,_alphaThreshold);
#else
        
#endif
    }

    //Draw _stencil

从上面的注释可知，在这个函数执行完毕之后，缓冲区已经被设置如下情况：

如果不取反，则缓冲现在全为0

如果取反，则全为mask_layer

并且，设置了新的比较函数和alphatest，如果接下来进行绘制操作，则通过alphatest部分的缓冲区会被重新设置：

如果不取反，则通过alphatest部分的缓冲区为mask_layer

如果取反，则通过alphatest部分的缓冲区为0

第二步：正如上面所说，对裁剪图片进行了绘制，这时缓冲的裁剪mask已经设置完毕。

第三步：重新设置裁剪函数和操作，对node中的子节点进行裁剪：下面看看第三步的参数设置：

    glDepthMask(_currentDepthWriteMask);   
<span style="white-space:pre">	</span>//恢复之前的深度检测设置    
<span style="white-space:pre">	</span>//设置比较函数为GL_EQUAL，这个参数的意义为：mask_layer_le & mask_layer_le == mask & mask_layer_le则通过测试，否则不通过     //mask指的是裁剪缓冲区中对应位置对应的值。
     //通过上面的代码中的mask_leyer_le的计算和裁剪缓冲区的设置可知：此时缓冲区中的maks要么是0要么是mask_layer
     //果layer大于0，则mask_layer & mask_layer_le = mask_layer
     //而mask_layer_le & mask_layer_le = mask_layer_le且mask_layer != mask_layer_le,也就是说如果clippingNode有嵌套，那么第二层嵌套开始所有node都会被裁剪掉，和本义不符，其实这里只需要继续设置mask_layer就可以了，因为每一层都有自己的裁剪缓冲区。这里不知道我的理解是否正确，求指教。</span>
    glStencilFunc(GL_EQUAL,_mask_layer_le,_mask_layer_le);
    glStencilOp(GL_KEEP,GL_KEEP);  这个函数的意义是不管通过或者不通过裁剪测试，都保证裁剪缓冲区不再被修改。

第四步：则是绘制children，在绘制的时候根据上面提到的裁剪测试方式进行裁剪；

如果不取反则通过alphatest部分能通过测试，即裁剪图像透明度大于alpha部分被绘制

如果取反，则没有通过alphatest部分通过测试，即裁剪图像透明度小于alpha部分被绘制。

第五步：恢复保存的裁剪参数（选择上一层的裁剪缓冲区或者关闭裁剪缓冲区，设置上一层的裁减函数配置）

以上就是clippingnode做的事情，下面来详细说明上面用到的两个函数：

一、glStencilFunc(func,ref,mask) 该函数用于设置裁剪缓冲区的比较函数，每一个函数对应的比较方法如下：

GL_NEVER
Always fails.

GL_LESS
Passes if ( ref & mask ) < ( stencil & mask ).

GL_LEQUAL
Passes if ( ref & mask ) <= ( stencil & mask ).

GL_GREATER
Passes if ( ref & mask ) > ( stencil & mask ).

GL_GEQUAL
Passes if ( ref & mask ) >= ( stencil & mask ).

GL_EQUAL
Passes if ( ref & mask ) = ( stencil & mask ).

GL_NOTEQUAL
Passes if ( ref & mask ) != ( stencil & mask ).

GL_ALWAYS
Always passes.

二、glStencilOp(sfail,dpfail,dppass)

这三个参数用于分别在不同情况下对裁剪缓冲区的操作

第一参数表示在裁剪测试失败的情况下所做的操作

第二参数表示在裁剪测试通过，深度测试失败的时候的操作

第三个参数表示在裁剪和深度测试都通过的时候的操作，

操作方法有如下几种：

GL_KEEP Keeps the current value. GL_ZERO Sets the stencil buffer value to 0. GL_REPLACE Sets the stencil buffer value to ref,as specified by glStencilFunc. GL_INCR Increments the current stencil buffer value. Clamps to the maximum representable unsigned value. GL_INCR_WRAP Increments the current stencil buffer value. Wraps stencil buffer value to zero when incrementing the maximum representable unsigned value. GL_DECR Decrements the current stencil buffer value. Clamps to 0. GL_DECR_WRAP Decrements the current stencil buffer value. Wraps stencil buffer value to the maximum representable unsigned value when decrementing a stencil buffer value of zero. GL_INVERT Bitwise inverts the current stencil buffer value.