WebGL实现透明物体（α混合）

news2024/11/19 15:34:08

目录

α混合 

如何实现α混合

1. 开启混合功能：

2. 指定混合函数 

混合函数 

gl.blendFunc（）函数规范

可以指定给src_factor和dst_factor的常量 

混合后颜色的计算公式 

加法混合 

半透明的三角形（LookAtBlendedTriangles.js）

示例效果

示例代码 

半透明的三维物体（BlendedCube.js）

示例效果 

示例代码

透明与不透明物体共存

同时实现隐藏面消除和α混合的5个步骤

1.开启隐藏面消除功能。

2.绘制所有不透明的物体（α为1.0）。 

3.锁定用于进行隐藏面消除的深度缓冲区的写入操作，使之只读。 

4.绘制所有半透明的物体（α小于1.0），注意它们应当按照深度排序，然后从后向前绘制。 

5.释放深度缓冲区，使之可读可写。 

gl.depthMask（）函数规范

α混合 

颜色中的α分量（即RGBA中的A）控制着颜色的透明度。如果一个物体颜色的α分量值为0.5，该物体就是半透明的，透过它可以看到该物体背后的其他物体。如果一个物体颜色的α分量值为0，那么它就是完全透明的，我们将完全看不到它。在本文的示例程序中，随着α分量的降低，整个绘图区域会逐渐成为白色，因为在默认情况下，α混合不仅影响绘制的物体，也会影响背景色，最后你看到的白色实际上是＜canvas＞后空白的网页。

如何实现α混合

需要遵循以下两个步骤来开启α混合。

1. 开启混合功能：

gl.enable(gl.BLEND)

2. 指定混合函数 

gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA)

混合函数 

下面来研究gl.blendFunc（）函数的作用。在进行α混合时，实际上WebGL用到了两个颜色，即源颜色（source color）和目标颜色（destination color），前者是“待混合进去”的颜色，后者是“待被混合进去的颜色”。比如说，我们先绘制了一个三角形，然后在这个三角形之上又绘制了一个三角形，那么在绘制后一个三角形（中与前一个三角形重叠区域的像素）的时候，就涉及混合操作，需要把后者的颜色“混入”前者中，后者的颜色就是源颜色，而前者的颜色就是目标颜色。

gl.blendFunc（）函数规范

可以指定给src_factor和dst_factor的常量 

WebGL移除了OpenGL中的gl.CONSTANT_COLOR、gl.ONE_MINUS_CONSTANT_COLOR、gl.CONSTANT_ALPHA、gl.ONE_MINUS_CONSTANT_ALPHA

上表中，（Rs，Gs，Bs，As）和（Rd，Gd，Bd，Ad）表示源颜色和目标颜色的各个分量。

本文的示例程序都将使用

gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

混合后颜色的计算公式 

这样，如果源颜色是半透明的绿色（0.0，1.0，0.0，0.4），目标颜色是普通（完全不透明）的黄色（1.0，1.0，0.0，1.0），那么src_factor即源颜色的α分量为0.4，而dst_factor则是（1- 0.4）=0.6，计算出混合后的颜色就是（0.6，1.0，0.0），如下图。 

加法混合 

你可以试试将src_factor和dst_factor参数指定为其他常量，比如，有一种常用的混合模式——加法混合 （additive blending），如下所示。加法混合会使被混合的区域更加明亮，通常被用来实现爆炸的光照效果，或者游戏中需要引起玩家注意的任务物品等。

gl.BlendFunc(gl.SRC_ALHPA, gl.ONE) 

半透明的三角形（LookAtBlendedTriangles.js）

看一下示例程序LookAtBlendedTriangles，的运行效果如图中绘制了3个三角形并允许使用方向键来控制视点的位置。 本例将这3个三角形的α值从1.0改成0.4。下图显示了本例运行的效果。如你所见，三角形变成了半透明的，可以透过前面的三角形看到后面的三角形。使用方向键移动视点，可见半透明效果一直存在。、

示例效果

示例代码 

如下显示了LookAtBlendedTriangles.js的代码。我们开启了混合功能（第26行），指定了混合函数（第27行），并在initVertexBuffer（）函数中修改三角形颜色的α分量值（第40～50行），gl.vertexAttribPointer（）函数的size和stride参数也相应地作了修改。

var VSHADER_SOURCE =
  'attribute vec4 a_Position;\n' +
  'attribute vec4 a_Color;\n' +
  'uniform mat4 u_ViewMatrix;\n' +
  'uniform mat4 u_ProjMatrix;\n' +
  'varying vec4 v_Color;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = u_ProjMatrix * u_ViewMatrix * a_Position;\n' +
  '  v_Color = a_Color;\n' +
  '}\n';
var FSHADER_SOURCE =
  '#ifdef GL_ES\n' +
  'precision mediump float;\n' +
  '#endif\n' +
  'varying vec4 v_Color;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_FragColor = v_Color;\n' +
  '}\n';

function main() {
  var canvas = document.getElementById('webgl');
  var gl = getWebGLContext(canvas);
  if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) return
  var n = initVertexBuffers(gl);
  gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
  gl.enable (gl.BLEND); // 开启混合功能
  gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA); // 指定混合函数
  var u_ViewMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_ViewMatrix');
  var u_ProjMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_ProjMatrix');
  var viewMatrix = new Matrix4();
  window.onkeydown = function(ev){ keydown(ev, gl, n, u_ViewMatrix, viewMatrix); };
  var projMatrix = new Matrix4();
  projMatrix.setOrtho(-1, 1, -1, 1, 0, 2);
  gl.uniformMatrix4fv(u_ProjMatrix, false, projMatrix.elements);
  // Draw
  draw(gl, n, u_ViewMatrix, viewMatrix);
}

function initVertexBuffers(gl) {
  var verticesColors = new Float32Array([
    // 顶点坐标和颜色数据（颜色透明度是 0.4）
    0.0,  0.5,  -0.4,  0.4,  1.0,  0.4,  0.4, // The back green one
   -0.5, -0.5,  -0.4,  0.4,  1.0,  0.4,  0.4,
    0.5, -0.5,  -0.4,  1.0,  0.4,  0.4,  0.4, 
    0.5,  0.4,  -0.2,  1.0,  0.4,  0.4,  0.4, // The middle yerrow one
   -0.5,  0.4,  -0.2,  1.0,  1.0,  0.4,  0.4,
    0.0, -0.6,  -0.2,  1.0,  1.0,  0.4,  0.4, 
    0.0,  0.5,   0.0,  0.4,  0.4,  1.0,  0.4,  // The front blue one 
   -0.5, -0.5,   0.0,  0.4,  0.4,  1.0,  0.4,
    0.5, -0.5,   0.0,  1.0,  0.4,  0.4,  0.4, 
  ]);
  var n = 9;
  var vertexColorbuffer = gl.createBuffer();  
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexColorbuffer);
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, verticesColors, gl.STATIC_DRAW);
  var FSIZE = verticesColors.BYTES_PER_ELEMENT;
  var a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
  gl.vertexAttribPointer(a_Position, 3, gl.FLOAT, false, FSIZE * 7, 0);
  gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
  var a_Color = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Color');
  gl.vertexAttribPointer(a_Color, 4, gl.FLOAT, false, FSIZE * 7, FSIZE * 3);
  gl.enableVertexAttribArray(a_Color);
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);
  return n;
}

function keydown(ev, gl, n, u_ViewMatrix, viewMatrix) {
    if(ev.keyCode == 39) { // 按下了向右箭头键
      g_EyeX += 0.01;
    } else 
    if (ev.keyCode == 37) { // 按下了向箭头键
      g_EyeX -= 0.01;
    } else return;
    draw(gl, n, u_ViewMatrix, viewMatrix);    
}

// 眼位
var g_EyeX = 0.20, g_EyeY = 0.25, g_EyeZ = 0.25;
function draw(gl, n, u_ViewMatrix, viewMatrix) {
  viewMatrix.setLookAt(g_EyeX, g_EyeY, g_EyeZ, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
  gl.uniformMatrix4fv(u_ViewMatrix, false, viewMatrix.elements);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, n);
}

半透明的三维物体（BlendedCube.js）

此刻，我们将利用α混合功能，在一个典型的三维物体——立方体上实现半透明效果。示例程序BlendedCube在WebGL 从0到1绘制一个立方体_山楂树の的博客-CSDN博客中的ColoredCube的基础上，向代码中加入了使用α混合的两个步骤，如下图所示。 

示例效果 

 运行程序，你会发现并没出现下图（右）中预期的效果，实际的效果如下图（左）所示，和WebGL 从0到1绘制一个立方体_山楂树の的博客-CSDN博客的ColoredCube没有什么区别。

这是因为，程序开启了隐藏面消除功能（第27行）。我们知道，α混合发生在绘制片元的过程，而当隐藏面消除功能开启时，被隐藏的片元不会被绘制，所以也就不会发生混合过程，更不会有半透明的效果。实际上，只需要注释掉这一行开启隐藏面消除的代码即可。 

示例代码

var VSHADER_SOURCE =
  'attribute vec4 a_Position;\n' +
  'attribute vec4 a_Color;\n' +
  'uniform mat4 u_MvpMatrix;\n' +
  'varying vec4 v_Color;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_Position = u_MvpMatrix * a_Position;\n' +
  '  v_Color = a_Color;\n' +
  '}\n';
var FSHADER_SOURCE =
  '#ifdef GL_ES\n' +
  'precision mediump float;\n' +
  '#endif\n' +
  'varying vec4 v_Color;\n' +
  'void main() {\n' +
  '  gl_FragColor = v_Color;\n' +
  '}\n';

function main() {
  var canvas = document.getElementById('webgl');
  var gl = getWebGLContext(canvas);
  if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) return
  var n = initVertexBuffers(gl);
  
  // 设置清除背景色并开启深度测试
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  // gl.enable(gl.DEPTH_TEST);
  // 开启α混合
  gl.enable (gl.BLEND);
  // 设置混合函数
  gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

  var u_MvpMatrix = gl.getUniformLocation(gl.program, 'u_MvpMatrix');
  var mvpMatrix = new Matrix4();
  mvpMatrix.setPerspective(30, 1, 1, 100);
  mvpMatrix.lookAt(3, 3, 7, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
  gl.uniformMatrix4fv(u_MvpMatrix, false, mvpMatrix.elements);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
  gl.drawElements(gl.TRIANGLES, n, gl.UNSIGNED_BYTE, 0);
}

function initVertexBuffers(gl) {
  //    v6----- v5
  //   /|      /|
  //  v1------v0|
  //  | |     | |
  //  | |v7---|-|v4
  //  |/      |/
  //  v2------v3
  var vertices = new Float32Array([   // Vertex coordinates
     1.0, 1.0, 1.0,  -1.0, 1.0, 1.0,  -1.0,-1.0, 1.0,   1.0,-1.0, 1.0,    // v0-v1-v2-v3 front
     1.0, 1.0, 1.0,   1.0,-1.0, 1.0,   1.0,-1.0,-1.0,   1.0, 1.0,-1.0,    // v0-v3-v4-v5 right
     1.0, 1.0, 1.0,   1.0, 1.0,-1.0,  -1.0, 1.0,-1.0,  -1.0, 1.0, 1.0,    // v0-v5-v6-v1 up
    -1.0, 1.0, 1.0,  -1.0, 1.0,-1.0,  -1.0,-1.0,-1.0,  -1.0,-1.0, 1.0,    // v1-v6-v7-v2 left
    -1.0,-1.0,-1.0,   1.0,-1.0,-1.0,   1.0,-1.0, 1.0,  -1.0,-1.0, 1.0,    // v7-v4-v3-v2 down
     1.0,-1.0,-1.0,  -1.0,-1.0,-1.0,  -1.0, 1.0,-1.0,   1.0, 1.0,-1.0     // v4-v7-v6-v5 back
  ]);
  var colors = new Float32Array([     // Colors
      0.5, 0.5, 1.0, 0.4,  0.5, 0.5, 1.0, 0.4,  0.5, 0.5, 1.0, 0.4,  0.5, 0.5, 1.0, 0.4,  // v0-v1-v2-v3 front(blue)
      0.5, 1.0, 0.5, 0.4,  0.5, 1.0, 0.5, 0.4,  0.5, 1.0, 0.5, 0.4,  0.5, 1.0, 0.5, 0.4,  // v0-v3-v4-v5 right(green)
      1.0, 0.5, 0.5, 0.4,  1.0, 0.5, 0.5, 0.4,  1.0, 0.5, 0.5, 0.4,  1.0, 0.5, 0.5, 0.4,  // v0-v5-v6-v1 up(red)
      1.0, 1.0, 0.5, 0.4,  1.0, 1.0, 0.5, 0.4,  1.0, 1.0, 0.5, 0.4,  1.0, 1.0, 0.5, 0.4,  // v1-v6-v7-v2 left
      1.0, 1.0, 1.0, 0.4,  1.0, 1.0, 1.0, 0.4,  1.0, 1.0, 1.0, 0.4,  1.0, 1.0, 1.0, 0.4,  // v7-v4-v3-v2 down
      0.5, 1.0, 1.0, 0.4,  0.5, 1.0, 1.0, 0.4,  0.5, 1.0, 1.0, 0.4,  0.5, 1.0, 1.0, 0.4   // v4-v7-v6-v5 back
  ]);
  var indices = new Uint8Array([       // Indices of the vertices
     0, 1, 2,   0, 2, 3,    // front
     4, 5, 6,   4, 6, 7,    // right
     8, 9,10,   8,10,11,    // up
    12,13,14,  12,14,15,    // left
    16,17,18,  16,18,19,    // down
    20,21,22,  20,22,23     // back
  ]);
  var indexBuffer = gl.createBuffer();
  if (!initArrayBuffer(gl, vertices, 3, gl.FLOAT, 'a_Position')) return -1;
  if (!initArrayBuffer(gl, colors, 4, gl.FLOAT, 'a_Color')) return -1;
  gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBuffer);
  gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices, gl.STATIC_DRAW);
  return indices.length;
}

function initArrayBuffer(gl, data, num, type, attribute) {
  var buffer = gl.createBuffer();
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);
  var a_attribute = gl.getAttribLocation(gl.program, attribute);
  gl.vertexAttribPointer(a_attribute, num, type, false, 0, 0);
  gl.enableVertexAttribArray(a_attribute);
  return true;
}

透明与不透明物体共存

关闭隐藏面消除功能只是一个粗暴的解决方案，并不能满足实际的需求。在绘制三维场景时，场景中往往既有不透明的物体，也有半透明的物体。如果关闭隐藏面消除功能，那些不透明物体的前后关系就会乱套了。

同时实现隐藏面消除和α混合的5个步骤

实际上，通过某种机制，可以同时实现隐藏面消除和半透明效果，我们只需要：

1.开启隐藏面消除功能。

gl.enable(gl.DEPTH_TEST)

2.绘制所有不透明的物体（α为1.0）。 

3.锁定用于进行隐藏面消除的深度缓冲区的写入操作，使之只读。 

gl.depthMask(false)

4.绘制所有半透明的物体（α小于1.0），注意它们应当按照深度排序，然后从后向前绘制。 

5.释放深度缓冲区，使之可读可写。 

gl.depthMask(true) 

gl.depthMask（）函数用来锁定和释放深度缓冲区，其规范如下所示： 

gl.depthMask（）函数规范

我们知道，深度缓冲区存储了每个像素的z坐标值（归一化为0.0到1.0之间）。假设场景中有两个前后重叠的三角形A和B。首先，在绘制三角形A的时候，将它的每个片元的z值写入深度缓冲区，然后在绘制三角形B的时候，将B中与A重叠的片元和深度缓冲区中对应像素的z值作比较：如果深度缓冲区中的z值小，就说明三角形A在前面，那么B的这个片元就被舍弃了，不会写入颜色缓冲区；如果深度缓冲区中的z值大，就说明三角形B在前面，就把B的这个片元写入颜色缓冲区中，将之前A的颜色覆盖掉。这样，当绘制完成时，颜色缓冲区中的所有像素都是最前面的片元，而且每个像素的z值都存储在深度缓冲区中。这就是隐藏面消除的原理。注意，所有这些操作都是在片元层面上进行的，所以如果两个面相交，也可以正常显示。 

当我们按照上述步骤同时绘制透明和不透明物体时，在第1步和第2步结束后，所有不透明的物体都正确地绘制在了颜色缓冲区中，深度缓冲区记录了每个像素（最前面的片元）的深度。然后进行第3、4和5步，绘制所有半透明的物体。由于深度缓冲区的存在，不透明物体后面的物体，即使是半透明的也不会显示。这是因为深度缓冲区的写操作被锁定了，所以在绘制不透明物体前面的透明物体时，也不会更新深度缓冲区。

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如果你是一名视频编辑爱好者&#xff0c;或者是一名需要处理大量视频素材的专业人士&#xff0c;那么你可能会对如何快速处理和虚化视频的背景边框感到困惑。这里&#xff0c;我们就为你提供一种方法&#xff0c;使用固乔剪辑助手工具&#xff0c;你可以轻松实现批量虚化多个视…
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