OpenGL的混合模式,解决半透明像素渲染问题

要命的阴影

事情是这样的,近日查一个问题,半透明的素材视频 或者 图片,渲染到屏幕的时候半透明部分会有一圈深色阴影。

原图.png

渲染到屏幕时,星星的边缘有一圈深色阴影

原图渲染.png
原视频.png
原视频.png
原视频渲染.png

混合模式

基于以上问题,先来复习一下混合模式。OpenGL使用混合(Blending)技术来完成半透明图像的渲染。
步骤如下:

// 1.开启混合模式
glEnable(GLES20.GL_BLEND); 
// 2.设置函数:源因子,目标因子
glBlendFunc(int sfactor, int dfactor);
// 3.渲染目标
// 4.渲染源   
// 5.关闭混合模式
glDisable(GLES20.GL_BLEND);  

混合模式的公式,一定要注意好哪个是源,哪个是目标。

Cˉresult=Cˉsource?Fsource+Cˉdestination?Fdestination
Cˉsource:源颜色向量。这是来自纹理的本来的颜色向量。
Cˉdestination:目标颜色向量。这是储存在颜色缓冲中当前位置的颜色向量。
Fsource:源因子。设置了对源颜色的alpha值影响。
Fdestination:目标因子。设置了对目标颜色的alpha影响。

混合因子可选值如下:

选项
GL_ZERO 0
GL_ONE 1
GL_SRC_COLOR 源颜色向量Cˉsource
GL_ONE_MINUS_SRC_COLOR 1?Cˉsource
GL_DST_COLOR 目标颜色向量Cˉdestination
GL_ONE_MINUS_DST_COLOR 1?Cˉdestination
GL_SRC_ALPHA Cˉsource的alpha值
GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA 1? Cˉsource的alpha值
GL_DST_ALPHA Cˉdestination的alpha值
GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA 1? Cˉdestination的alpha值
GL_CONSTANT_COLOR 常颜色向量Cˉconstant
GL_ONE_MINUS_CONSTANT_COLOR 1?Cˉconstant
GL_CONSTANT_ALPHA Cˉconstant的alpha值
GL_ONE_MINUS_CONSTANT_ALPHA 1? Cˉconstant的alpha值

当然还可以使用glBlendFuncSeparate( int srcRGB, int dstRGB, int srcAlpha, int dstAlpha );来分别对RGB 和 alpha 设置不同的因子。
使用glBlendEquation( int mode ); & glBlendEquationSeparate( int modeRGB, int modeAlpha ); 配置混合函数运算符。

举几个例子,我们重点关注alpha的变化。(此时我还没意识到预乘Premultiplied Alpha的作用)
源(1,1,0,0.6),目标(0.6,0.6,0.5,1)

  1. glBlendFunc(GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
    result.r = 1 * 0.6 + 0.6 * (1 - 0.6)= 0.84
    result.g = 1 * 0.6 + 0.6 * (1 - 0.6)= 0.84
    result.b = 0 * 0.6 + 0.5 * (1 - 0.6)= 0.2
    result.a = 0.6 * 0.6 + 1 * (1 - 0.6)= 0.76
  2. .glBlendFuncSeparate(GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
    result.r = 1 * 0.6 + 0.6 * (1 - 0.6)= 0.84
    result.g = 1 * 0.6 + 0.6 * (1 - 0.6)= 0.84
    result.b = 0 * 0.6 + 0.5 * (1 - 0.6)= 0.2
    result.a = 0.6 * 1 + 1 * (1 - 0.6)= 1
  3. glBlendFunc(GLES20.GL_ONE, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
    result.r = 1 * 1 + 0.6 * (1 - 0.6)= 1.24
    result.g = 1 * 1 + 0.6 * (1 - 0.6)= 1.24
    result.b = 0 * 1 + 0.5 * (1 - 0.6)= 0.2
    result.a = 0.6 * 1 + 1 * (1 - 0.6)= 1
GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA
GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA
GLES20.GL_ONE, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA

实际上,Bitmap在加载图像的时候,会进行预乘,预乘就是将alpha通道的值分别与r、g、b的值相乘,得到新的r、g、b的值,所以预乘后如果源使用GLES20.GL_SRC_ALPHA显然值是不正确的,就需要使用GLES20.GL_ONE得到正确的值。

比如像素值(1,1,0,0.6)预乘后像素值(0.6,0.6,0,0.6)

看到这几个图的效果应该也知道问题怎么解决了,那么继续看下前面的问题。

我项目中会有多个层级的混合,部分采用blendFunc、部分采用shader,此处是使用shader mix 混合的,mix的混合模式等同于GLES20.glBlendFunc(GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

mix(a, b, c) = a * (1-c) + b * c

由上述可知,采用GLES20.glBlendFunc(GLES20.GL_ONE, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);可解决黑色阴影问题。对应公式:

resultColor = blendColor * 1.0 + baseColor * (1.0 - blendColor.a);
为防止曝光,我们增加min函数:
resultColor = min(resultColor, vec4(1.0));

shader.png

为什么是黑色阴影
你会发现,无论你清屏颜色设置的是什么,最后的半透明处的颜色都不是清屏颜色,但 当你设置给控件背景色时,你会发现,半透明的颜色会跟背景色变化

如下是修复后的效果:

原图修复后渲染.png
原视频修复后渲染.png

另需要注意的是,源使用GLES20.GL_ONE对与贴图设置alpha<1(着色器中的像素值 * alpha)会显示异常,alpha不生效,仍需要使用GLES20.GL_SRC_ALPHA,所以我们要根据自己的层级情况选择设置什么混合模式或者shader中的计算公式。

更多资料

creater关于blend,关于预乘premultiply alpha,关于图片白边灰边的几点疑问
图片Premultiplied Alpha
纹理混合遇到的问题 pre-multiplying OpenGL Android iOS

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