Alpha Blending, Stencil Buffer

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Alpha Blending, Stencil Buffer

• Francisco Javier Tirado Sarti
• fjtirado_at_lucent.com

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Componente Alpha

• De los 32 bits que componen un D3DColor (o de los
  cuatro números decimales entre 0 y 1 que existen
  en un D3DColorValue) hasta ahora solo hemos usado
  los 24 últimos (o los campos r, g y b) que
  definen las componentes roja, verde y azul del
  mismo.
• Los 8 primeros bits de un D3DColor (o el campo a
  de al estructura D3DColorValue) indican la
  componente ALPHA, que se utiliza para conseguir
  efectos de transparencia. 255 (o 1.0) significa
  que el pixel es completamente opaco mientras que
  0 implicaría que es invisible.

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Blending

• El blending, que se efectúa durante la fase de
  rasterización, se produce (está deshabilitado a
  menos que se indique lo contrario) cuando se
  trata de escribir un pixel en una posición en la
  que ya se ha dibujado otro anteriormente y
  consiste en calcular el color del píxel
  resultante a partir del valor de ambos.
• Para habilitar el Blending se utiliza el metodo
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDE
  NABLE,TRUE)
• Como el blending es una operación costosa, sólo
  habría que habilitarlo mientras dibujamos los
  objetos que queremos sean transparentes. Por lo
  tanto, es conveniente agrupar dichos objetos para
  no estar constantemente cambiando el estado del
  blending. También es importante dibujar primero
  aquellos objetos que se encuentran a mayor
  profundidad

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D3DBLEND

• La formula para calcular el color del píxel
  resultante es srcColorsrcBlending
  destColordestBlending
• srcColor es el color del píxel que queremos
  dibujar
• srcBlending se fija usando IDirect3DDevice9SetRe
  nderState(D3DRS_SRCBLEND,value), value es una
  constante del tipo D3DBLEND
• destColor es el color del píxel ya dibujado
• destBlending se fija usando IDirect3DDevice9SetR
  enderState(D3DRS_DESTBLEND,value), value es una
  constante del tipo D3DBLEND
• Los valores mas relevantes del tipo D3DBLEND son
• D3DBLEND_ZERO No usar ese color
• D3DBLEND_ONE No variar la cantidad de ese color
• D3DBLEND_SRCCOLOR Utilizar el color del píxel
  origen
• D3DBLEND_DESTCOLOR Utilizar el color del píxel
  destino
• D3DBLEND_SRCALPHA Utilizar la componente alpha
  del píxel origen
• D3DBLEND_INVSRCALPHA Utilizar la inversa de la
  componente alpha (1-a) del píxel origen
• Por defecto, SRCBLEND es igual a SRC_ALPHA y
  DESTBLEND es igual a INVSRCALPHA, lo que
  significa que en función de la componente alpha
  del objeto que estamos dibujando este será más o
  menos transparente. Si ALPHA es 1 el color que
  aportara el píxel destino será 0. Por el
  contrario si es 0, solo se vera el píxel destino

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Alpha Channel

• La componente alpha se puede coger bien de la
  componente alpha del color difuso resultado de la
  interpolación del color de los vértices o bien de
  la componente alpha del texel de la textura.
• Si la textura activa tiene un Alpha channel, esto
  es, un conjunto de bits extra con información de
  transparencia, entonces la componente alpha para
  el calculo del blending se coge automáticamente
  de éste. Si no, se coge la del vértice.
• Este comportamiento por defecto se puede
  modificar usando el método IDirect3DDevice9SetTe
  xtureStageState( DWORD Stage, D3DTEXTURESTAGESTATE
  TYPE tipo, DWORD valor)
• Stage es el id de la textura. En tipo
  especificamos D3DTSS_ALPHAARG1 y en valor usamos
  una de las constantes D3DTA
• D3DTA_DIFFUSE. Coge el valor alpha del vértice
• D3DTA_TEXTURA. Coge el valor alpha de la textura
• También podemos determinar si el valor del alpha
  se coge del establecido en ALPHAARG1 o es una
  combinación de este con otro valor usando como
  tipo D3DTSS_ALPHAOP y como valor una de las
  constantes D3DTEXTUREOP
• D3DTOP_SELECTARG1. Coge el valor alpha fijado
  para ALPHAARG1
• D3DTOP_SELECTARG2. Coge el valor alpha fijado
  para ALPHAARG2
• D3DTOP_MODULATE. El valor alpha es igual a
  ALPHAARG1ALPHAARG2

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Ejercicio

• Dibujar una malla delante de una pared y cambiar
  la transparencia de la misma haciendo uso del
  teclado

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Stencil Buffer

• El Zbuffer se compone de tantas entradas como
  pixels en pantalla. Cada entrada tiene 32 bits
  para almacenar la profundidad. Un pixel se dibuja
  solo si su valor Z es menor que el almacenado en
  el Z-buffer.
• Como 24 bits es suficiente para almacenar la
  profundidad, se pueden utilizar 8 de estos 32
  bits para efectuar el stencil, o bloqueo del
  dibujado de ciertos pixels. Esta tecnica se
  utiliza para reflejar objetos en espejo o pare
  evitar el efecto de double blending al
  proyectar sombras
• El stencil buffer se configura al crear el device
  usando los campos EnableAutoDepthStencil (TRUE) y
  AutoDepthStencilFormat (cuyo valor es dependiente
  del hardware, por lo que hay leerlo del
  D3D9CAPS) de la estructura D3DPRESENT_PARAMETERS
• Para crear el StencilBuffer usando
  CD3DApplication hay que especificar en el
  constructor de la clase hija lo siguiente
• m_d3dEnumeration.AppUsesDepthBuffer TRUE
• m_d3dEnumeration.AppMinStencilBits 8
• Para habilitar el Stencil (que al igual que el
  Blending es costoso y debe hacerse unicamente
  cuando es necesario) utilizamos
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_STENCILENAB
  LE, true)

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Función Stencil

• El Stencil consiste en un test que, caso de ser
  satisfecho, escribe el píxel en pantalla.
• El test se satisface si referenciamascara
  operación valormascara devuelve true.
• El valor de referencia se fija con el método
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_STENCILREF,
  entero)
• La mascara se fija con el metodo
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_STENCILMASK
  ,entero)
• Valor es el valor del pixel en el Stencil buffer
• Operación se fija con el metodo
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_STENCILFUNC
  ,op) donde op es una constante del tipo
  D3DCMPFUNC
• D3DCMP_EQUAL El test devuelve true si
  referenciamascara es igual a valormascara
• D3DCMP_ALLWAYS El test siempre devuelve true (lo
  usamos cuando queremos rellenar el buffer)
• Además, podemos indicar que debe hacerse con el
  valor tanto en el Z como en el stencil buffer
  tras ejecutar el test, con los métodos
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_STENCILFAIL
  ,valor), IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_ST
  ENCILZFAIL,valor), IDirect3DDevice9SetRenderStat
  e(D3DRS_STENCILPASS,valor) donde valor es una
  constante del tipo D3DSTENCILOP
• D3DSTENCILOP_KEEP Mantiene el valor actual
• D3DSTENCILOP_ZERO Fija el valor a 0
• D3DSTENCILOP_REPLACE. Reemplaza el valor actual
  por el de referencia
• D3DSTENCILOP_INCR. Incrementa el valor actual en
  una unidad
• Antes de actualizar el valor en el buffer se
  aplica la mascara definida con el método
  IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_STENCILWRIT
  EMASK,valor)

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Reflejar un objeto

• Reflejar un objeto es equivalente a multiplicarlo
  por su matriz de reflexión sobre un plano
  determinado
• Un plano se describe en Direct3D con la
  estructura D3DXPLANE FLOAT a FLOAT b FLOAT c
  FLOAT d donde a, b, c y d son los coeficientes
  de la ecuación ax by cz dw 0
• La matriz de reflexión se obtiene con la funcion
  D3DXMatrixReflect( D3DXMATRIX pOut, D3DXPLANE
  plano)

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Dibujar sobre un espejo

• Poner a cero el Stencil Buffer (añadiendo la
  constante D3DCLEAR_STENCIL en el método
  IDirect3DDevice9Clear())
• Dibujar la escena normalmente, excepto la
  reflexión en el espejo
• Dibujar el espejo actualizando únicamente el
  stencil buffer, deshabilitando la escritura en el
  Z-buffer y en pantalla (configurando debidamente
  el blending) Esto se hace con los valores
  STENCILFUNCD3DCMP_ALWAYS, STENCILPASSD3DSTENCILO
  P_REPLACE, STENCILREF0x1, D3DRS_SRCBLENDD3DBLEND
  _ZERO, D3DRS_DESTBLENDD3DBLEND_ONE y
  D3DRS_ZWRITEENABLEfalse).
• Dibujar la malla reflejada. Para ello fijamos
  STENCILFUNCD3DCMP_EQUALS, D3DRS_STENCILPASSD3DST
  ENCILOP_KEEP, de forma que solo pasan el stencil
  test los píxeles de la malla reflejada que están
  dentro del área ocupada por el espejo (cuyo
  stencil buffer vale 1 tras la ejecución del paso
  anterior). Para el blending de la malla con el
  espejo (evitando la sensación de que la reflexión
  de la taza esta SOBRE el espejo y no EN el
  espejo) ponemos D3DRS_SRCBLEND
  D3DBLEND_DESTCOLOR y D3DRS_DESTBLEND
  D3DBLEND_ZERO, de manera que se multiplica el
  color de la malla por el del espejo
• Como la malla reflejada es más profunda que el
  espejo, es necesario deshabilitar el Z-Buffer
  antes de dibujarla. También hace falta cambiar el
  sentido habitual del backface_culling, puesto que
  ahora queremos quitar las caras opuestas, al
  haber reflejado la malla.

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Sombreado

• Para calcular la sombra que proyecta una luz
  sobre una superficie plana, Direct3D nos
  proporciona la función D3DXMatrixShadow(
  D3DXMATRIX pOut, CONST D3DXVECTOR4 pLight,
  CONST D3DXPLANE pPlane ) donde pLight
  representa bien la dirección (coordenada w0),
  bien la posición (w1) de la luz y pPlane es el
  plano sobre el que queremos proyectar la sombra.
• Para dibujar la sombra de un objeto, una vez que
  tenemos la matriz de sombreado, dibujamos de
  nuevo el objeto original (usando color negro 50
  transparente) con dicha matriz fijada como matriz
  de mundo.
• Las sombras sobre superficies planas son un atajo
  computacional para dotar de mayor realismo a la
  escena. En los juegos actuales se utilizan
  sombras volumétricas, más costosas de calcular,
  pero también más realistas.
• La matriz de sombreado es

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Double Blending

• Cuando se aplana la sombra, puede suceder que dos
  triángulos coincidan, sumándose la intensidad del
  color negro en dichos píxeles, alterando la
  densidad de la sombra. Para evitar este efecto de
  double blending se utiliza el stencil buffer,
  configurándolo para evitar que una vez dibujado
  un píxel en dicha posición, puede volver a
  pintarse otro encima
• Esto se consigue fijando el STENCILPASS a
  D3DSTENCILOP_INCR, el STENCILREF a 0 y el
  STENCILFUNC a D3DCMP_EQUAL. De manera que el test
  de Stencil solo da true cuando el valor en el
  buffer es 0. O sea, la primera vez, porque la
  segunda ya valdrá uno al haberse incrementado
  tras el primer test satisfactorio.
• Al dibujar la sombra en el suelo, para evitar el
  llamado z-fighting, que es un efecto visual que
  se produce cuando dos superficies tienen la misma
  profundidad y Direct3D no sabe cual esta más
  cercana, deshabilitamos el Z-Buffer, con el
  metodo IDirect3DDevice9SetRenderState(D3DRS_ZENA
  BLE,false)

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Ejercicio

• Dibujar una escena donde reflejemos una malla
  sobre un espejo colgado en la pared y proyectemos
  su sombra sobre el suelo.