在OpenGL中与透明度混合时的背景色问题

Question

让我们以最简单的情况为例，用alpha=0.5渲染两个重叠的透明矩形，一个红色和一个绿色。假定绘制顺序是从后到前，即先绘制距离摄像机较远的矩形。

在实际情况下，无论哪个矩形碰巧位于前面，重叠的颜色都应相同，即RGBA = [0.5, 0.5, 0.0, 0.5]。

但是，实际上，假设我们正在混合权重SRC_ALPHA和ONE_MINUS_SRC_ALPHA，则重叠的颜色由前矩形的颜色决定，如下图所示：

我相信这是因为第一个矩形与背景色混合，然后第二个矩形与结果色混合。按照这种逻辑，假设背景为白色，则两种情况下的重叠颜色为：

Red on top: 0.5*(0.5*[1,1,1,0] + 0.5*[0,1,0,0.5]) + 0.5*[1,0,0,0.5] = [0.75, 0.50, 0.25, 0.375]
Green on top: 0.5*(0.5*[1,1,1,0] + 0.5*[1,0,0,0.5]) + 0.5*[0,1,0,0.5] = [0.50, 0.75, 0.25, 0.375]

解释了顶部颜色的优势。原则上，如果先混合所有对象，然后将结果颜色与背景颜色混合，则可以很容易地纠正此问题。

有没有办法在OpenGL中实现呢？

Answer 1

  

理想情况下，无论哪个矩形恰好位于前面，重叠的颜色都应相同

否，因为当您使用“ SourceAlpha，InvSourceAlpha”混合时，用于计算最终颜色的公式为：

destRGB = destRGB * (1-sourceAlpha) + sourceRGB * sourceAlpha

这将导致首先绘制的矩形的颜色乘以Alpha通道并添加到帧缓冲区。绘制第二个矩形时，帧缓冲区的内容（包括第一个矩形的颜色）将再次乘以第二个矩形的反向alpha通道。
第二个矩形的颜色仅乘以第二个矩形的alpha通道：

destRGB = (destRGB * (1-Alpha_1) + RGB_1 * Alpha_1) * (1-Alpha_2) +  RGB_2 * Alpha_2

或

destRGB = destRGB * (1-Alpha_1)*(1-Alpha_2) + RGB_1 * Alpha_1*(1-Alpha_2) + RGB_2 * Alpha_2

虽然RGB_2乘以Alpha_2，而RGB_1乘以Alpha_1 * (1-Alpha_2)。
因此，如果帧缓冲区中的颜色被新（源）颜色的alpha通道修改，则结果取决于绘制顺序。

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如果要获得与顺序无关的效果，则不得通过源片段的alpha通道修改帧缓冲区的颜色。例如：

destRGB = destRGB * 1 + sourceRGB * sourceAlpha

对于目标因子glBlendFunc，可以通过参数GL_ONE来实现：

glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE);

Answer 2

绘制透明表面的顺序取决于批次。发生大多数问题是因为您正在使用深度测试并写入深度缓冲区（在这种情况下，结果不仅取决于前面的三角形，而且取决于首先绘制的三角形）。但是，如果您忽略深度而只想一个接一个地绘制三角形，那么除非您使用某些可交换混合功能，否则结果仍然取决于绘制三角形的顺序。

由于您一直在谈论彩色玻璃，因此以下是一种与彩色玻璃大致相同的选项：

glBlendFunc(GL_ZERO, GL_SRC_COLOR)

这实际上将目标的每个颜色通道乘以源的相应颜色通道。因此，如果您绘制一个颜色为(0.5, 1.0, 1.0)的三角形，则它将基本上将所绘制到的红色通道除以2。在黑色目标上绘制将使像素保持黑色，就像彩色玻璃一样。

要减少彩色玻璃的“不透明度”，您必须将颜色与(1.0, 1.0, 1.0)混合。 alpha值将被忽略。

作为奖励，此混合功能与绘制形状的顺序无关（假设您已锁定深度缓冲区或禁用了深度测试）。