OpenGL ReadPixels（截图）Alpha答案

【问题标题】：OpenGL ReadPixels (Screenshot) AlphaOpenGL ReadPixels（截图）Alpha
【发布时间】：2014-07-20 09:12:56
【问题描述】：

我正在使用平铺渲染（使用 glReadPixels）设置来截取场景的屏幕截图。我的输出看起来正确：

但是查看 Alpha 通道，即使透明纹理渲染在不透明纹理之上，像素仍然是透明的。

特别是汽车的“内部”在我们看到天花板的地方应该是完全不透明的，但在穿过后窗时应该是部分透明的。

有没有一种方法可以在一个像素处测试每个纹理的 alpha 分量，而不仅仅是最接近的那个？

【问题讨论】：

您可以对 alpha 使用添加混合功能，而不是您当前使用的任何功能。这将完全解决您的问题（因为汽车天花板上的 alpha 将被限制为 1.0）。您甚至可以对颜色和 alpha 使用单独的混合功能。这当然假设您有一个实际存储目标 alpha 的颜色缓冲区，这不是传统渲染所必需的，但由于您正在读取 alpha 通道，所以我必须假设您已经以这种方式配置了帧缓冲区。
有趣的想法，但我不认为它完全适合我。如果玻璃是半透明的，那么它将是 50% + 50% = 100% 不透明。

标签： opengl rendering screenshot alpha

【解决方案1】：

有没有一种方法可以在一个像素处测试每个纹理的 alpha 分量，而不仅仅是最接近的那个？

没有。 OpenGL为每个像素存储一个RGBA值；无法获取之前的值（因为这需要大量 RAM）。

写入帧缓冲区的 alpha 值取决于您的 alpha 混合方程，您可以使用 glBlendFunc 或 glBlendFuncSeparate 进行设置。有关详细信息，请参阅 OpenGL wiki 上的 blending page，this JavaScript app 可让您查看各种混合模式的效果。

【讨论】：

有一种方法，但它有点小技巧。有一种称为模板路由 a 缓冲的技术，它基本上使用多采样纹理中的样本存储多层 alpha 透明几何图形。它通常用于诸如与顺序无关的透明度以及将 alpha 混合集成到延迟着色引擎中，而无需为半透明几何体编写前向着色后备。然而，正如您所说，存储需求大幅增加。

【解决方案2】：

我认为您从 cmets 和其他答案中获得了一些有用的方向，但没有详细说明解决方案。与其只给出结果，不如让我来介绍一下，以便您下次知道如何自己解决。

我假设您使用GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA 混合函数将半透明对象从后向前绘制。你没有直接提到这一点，但它是相当标准的，并且与你所看到的一致。正确的解决方案还需要帧缓冲区中的 alpha 组件，但您已经拥有了，否则在读取 alpha 时您将一无所获。

为了说明整个过程，我将在途中使用两个示例。我将只列出颜色的 (R, A) 组件，G 和 B 的行为就像 R。

绘制一个颜色为(R1, 1.0) 的图层，然后在其上绘制一个带有(R2, 0.4) 的图层。
绘制一个颜色为(R1, 0.5) 的图层，然后在其上绘制一个带有(R2, 0.4) 的图层。

背景颜色是(Rb, 0.0)，对于这种混合，您总是希望使用 0.0 的 alpha 值来清除。

首先，让我们计算一下我们想要为颜色实现的结果：

对于案例 1，绘制第一层完全覆盖了背景，因为它的 alpha = 1.0。然后我们在上面混合第二层。由于它的 alpha = 0.4，我们保留第一层的 60%，并添加第二层的 40%。所以我们想要的颜色是

0.6 * R1 + 0.4 * R2
对于情况 1，绘制第一层会保留 50% 的背景背景，因为它的 alpha = 0.5。所以到目前为止的颜色是

0.5 * Rb + 0.5 * R1

然后我们在上面混合第二层。我们再次保留之前颜色的 60%，并添加第二层的 40%。所以我们想要的颜色是

0.6 * (0.5 * Rb + 0.5 * R1) + 0.4 * R2 = 0.3 * Rb + 0.3 * R1 + 0.4 * R2

现在，让我们弄清楚我们希望 alpha 的结果是什么：

对于案例 1，我们的第一层是完全不透明的。查看不透明度的一种方法是衡量物体吸收了多少光。一旦我们有了一个吸收所有光线的层，我们渲染的任何其他东西都不会改变它。我们的总 alpha 应该是

1.0
对于情况 2，我们有一层吸收 50% 的光，还有一层吸收剩余光的 40%。由于 50% 的 40% 是 20%，所以总共吸收了 70%。我们的总 alpha 应该是

0.7

使用GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA 进行混合可为您提供所需的颜色结果。但正如您所注意到的，不适用于 alpha。对示例进行计算：

案例1：绘制图层1，SRC_ALPHA为1.0，源值为S = (R1, 1.0)，目标值为D = (Rb, 0.0)。所以混合函数的计算结果为

SRC_ALPHA * S + ONE_MINUS_SRC_ALPHA * D = 1.0 * (R1, 1.0) + 0.0 * (Rb, 0.0) = (R1, 1.0)

这被写入帧缓冲区，并成为绘制第 2 层的目标值。第 2 层的源是(R2, 0.4)。用 0.4 评估 SRC_ALPHA 给出

SRC_ALPHA * S + ONE_MINUS_SRC_ALPHA * D = 0.4 * (R2, 0.4) + 0.6 * (R1, 1.0) = (0.4 * R2 + 0.6 * R1, 0.76)
案例2：绘制图层1，SRC_ALPHA为0.5，源值为S = (R1, 0.5)，目标值为D = (Rb, 0.0)。所以混合函数的计算结果为

SRC_ALPHA * S + ONE_MINUS_SRC_ALPHA * D = 0.5 * (R1, 0.5) + 0.5 * (Rb, 0.0) = (0.5 * R1 + 0.5 * Rb, 0.25).

这被写入帧缓冲区，并成为绘制第 2 层的目标值。第 2 层的源是(R2, 0.4)。用 0.4 评估 SRC_ALPHA 给出

SRC_ALPHA * S + ONE_MINUS_SRC_ALPHA * D = 0.4 * (R2, 0.4) + 0.6 * (0.5 * R1 + 0.5 * Rb, 0.25) = (0.4 * R2 + 0.3 * R1 + 0.3 * Rb, 0.31).

所以我们确认了您已经知道的：我们得到了所需的颜色，但 alpha 值错误。我们如何解决这个问题？我们需要一个不同的 alpha 混合函数。幸运的是，OpenGL 有glBlendFuncSeparate()，它允许我们做到这一点。我们只需要弄清楚 alpha 使用什么混合函数。以下是思考过程：

假设我们已经渲染了一些半透明对象，总 alpha 为A1，存储在帧缓冲区中。到目前为止，我们渲染的内容吸收了总光的一部分 A1，并让一部分 1.0 - A1 通过。我们在上面渲染另一个带有 alpha A2 的层。该层吸收了之前通过的光的一部分A2，因此它吸收了所有光的额外(1.0 - A1) * A2。我们需要将此添加到已经吸收的光量中，这样现在总共吸收了(1.0 - A1) * A2 + A1。

剩下要做的就是将其转换为 OpenGL 混合方程。 A2 是源值S，A1 是目标值D。所以我们想要的 alpha 结果变成了

(1.0 - A1) * A2 + A1 = (1.0 - A1) * S + 1.0 * D

我所说的A1是framebuffer中的alpha值，在混合函数规范中称为DST_ALPHA。所以我们使用ONE_MINUS_DST_ALPHA 来匹配我们的源乘数1.0 - A1。我们使用GL_ONE 来匹配目标乘数1.0。

所以alpha的blend函数参数是(GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA, GL_ONE)，完整的blend函数调用是：

glBlendFuncSeparate(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA,
                    GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA, GL_ONE);

我们可以再用示例再次检查 alpha 的数学：

案例1：绘制图层1，DST_ALPHA为0.0，源值为S = (.., 1.0)，目标值为D = (.., 0.0)。所以混合函数的计算结果为

ONE_MINUS_DST_ALPHA * S + ONE * D = 1.0 * (.., 1.0) + 1.0 * (.., 0.0) = (.., 1.0)

这被写入帧缓冲区，并成为绘制第 2 层的目标值。第 2 层的源是 (.., 0.4)，DST_ALPHA 现在是 1.0。评估第 2 层的混合方程给出了

ONE_MINUS_DST_ALPHA * S + ONE * D = 0.0 * (.., 0.4) + 1.0 * (.., 1.0) = (.., 1.0)

我们得到了所需的 alpha 值1.0！
案例2：绘制图层1，DST_ALPHA为0.0，源值为S = (.., 0.5)，目标值为D = (.., 0.0)。所以混合函数的计算结果为

ONE_MINUS_DST_ALPHA * S + ONE * D = 1.0 * (.., 0.5) + 1.0 * (.., 0.0) = (.., 0.5)

这被写入帧缓冲区，并成为绘制第 2 层的目标值。第 2 层的源是(.., 0.4)，DST_ALPHA 现在是 0.5。评估第 2 层的混合方程给出了

ONE_MINUS_DST_ALPHA * S + ONE * D = 0.5 * (.., 0.4) + 1.0 * (.., 0.5) = (.., 0.7)

我们得到了所需的 alpha 值 0.7！

【讨论】：