opengl - 与帧缓冲区的先前内容混合

Question

我通过帧缓冲区对象渲染到纹理，当我绘制透明图元时，图元会与在该单个绘制步骤中绘制的其他图元正确混合，但它们不会与帧缓冲区的先前内容正确混合。

有没有办法将纹理内容与传入的新数据正确混合？

编辑：需要更多信息，我将尝试更清楚地解释；

我使用的混合模式是GL_SRC_ALPHA、GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA。 （我相信这通常是标准混合模式）

我正在创建一个跟踪鼠标移动的应用程序。它绘制将前一个鼠标位置连接到当前鼠标位置的线，并且由于我不想在每个帧上再次绘制这些线，所以我想我会绘制到纹理，从不清除纹理，然后只用它绘制一个矩形其上的纹理以显示它。

这一切都工作正常，除了当我在纹理上绘制 alpha 小于 1 的形状时，它无法与纹理之前的内容正确混合。假设我在纹理上绘制了一些 alpha = .6 的黑线。几个绘制周期后，我在这些线上绘制了一个 alpha = 0.4 的黑色圆圈。圆圈“下方”的线条被完全覆盖。尽管圆圈不是纯黑色（它与白色背景正确融合），但圆圈下方没有您所期望的“深色线条”。

然而，如果我在同一帧中绘制线条和圆圈，它们就会正确混合。我的猜测是，纹理与之前的内容没有融合。就像它只与 glclearcolor 混合一样。 （在本例中为<1.0f，1.0f，1.0f，1.0f>）

Answer 1

我认为这里可能有两个问题。

请记住，所有叠加线均在此混合两次。一次是当它们混合到 FBO 纹理中时，另一次是当 FBO 纹理混合到场景上时。

因此，第一种可能性是，在 FBO 叠加层中在另一条线上绘制一条线时，您没有启用混合。当您在关闭混合的情况下绘制到 RGBA 表面时，当前的 Alpha 会直接写入 FBO 叠加层的 Alpha 通道。然后，当您将整个 FBO 纹理混合到场景上时，该 Alpha 会使您的线条变得半透明。因此，如果您针对“世界”进行混合，但不在覆盖元素之间进行混合，则可能不会发生任何混合。

另一个相关问题：当​​您在 FBO 中以“标准”混合模式（src alpha，1 - src alpha）将一条线与另一条线混合时，“混合”部分的 alpha 通道将包含 of< 的混合/em> 两个覆盖元素的 alpha。这可能不是您想要的。

例如，如果您在叠加层中绘制两条彼此重叠的 50% alpha 线，为了在位图传输 FBO 时获得等效效果，您需要 FBO 的 alpha 为...75%。 （也就是说，1 - (1-.5) * (1-0.5)，如果您只是在场景上绘制两条 50% Alpha 线，就会发生这种情况。但是当您绘制两条 50% 线时，您会在 FBO 中获得 50% 的 alpha（50% 与...50% 的混合）。

这带来了最后一个问题：通过在将线条混合到世界各地之前将它们预先混合在一起，您将更改绘制顺序你可能有：

blend(blend(blend(background color, model),first line), second line);

现在你将有

blend(blend(first line, second line), blend(background color, model))换句话说

，将叠加线预先混合到 FBO 中会改变混合顺序，从而以您可能不希望的方式改变最终外观。

首先，解决此问题的简单方法是：不要使用 FBO。我意识到这是一种“重新设计你的应用程序”的答案，但使用 FBO 并不是最便宜的事情，而且现代 GL 卡非常擅长绘制线条，因此一个选择是：而不是将线条混合到 FBO 中，将线几何图形写入顶点缓冲区对象 (VBO)。每次只需将 VBO 延长一点即可。如果您一次绘制的线数少于 40,000 条，那么几乎肯定会与您之前所做的一样快。

（如果你走这条路，有一个提示：使用 glBufferSubData 写入行，而不是 glMapBuffer - 映射可能很昂贵，并且在许多驱动程序上不适用于子范围......最好让驱动程序复制几个新顶点。）

如果这不是一个选项（例如，如果您绘制混合的形状类型或使用混合的 GL 状态，这样“记住”您所做的事情比仅仅累积顶点要复杂得多）那么您可以想要更改绘制 VBO 的方式。

基本上你需要做的是启用单独的混合；将覆盖层初始化为黑色 + 0% alpha (0,0,0,0)，并通过“标准混合”RGB 进行混合，但添加混合 alpha 通道。这对于 Alpha 通道来说仍然不太正确，但通常更接近 - 如果没有这个，过度绘制的区域将过于透明。

然后，在绘制FBO时，使用“预乘”alpha，即（一，一-src-alph）。

这就是为什么需要最后一步的原因：当您绘制到 FBO 中时，您已经将每个绘制调用乘以其 alpha 通道（如果混合打开）。由于您在黑色上绘制，因此绿色 (0,1,0,0.5) 线现在变为深绿色 (0,0.5,0,0.5)。如果 Alpha 已打开并且您再次正常混合，则将重新应用 Alpha，并且您将得到 0,0.25,0,0.5。）。通过简单地按原样使用 FBO 颜色，您可以避免第二次 alpha 乘法。

这有时称为“预乘”Alpha，因为 Alpha 已被乘以 RGB 颜色。在这种情况下，您希望它获得正确的结果，但在其他情况下，程序员使用它是为了提高速度。 （通过预乘，当执行混合操作时，它会删除每个像素的乘数。）

希望有帮助！当图层未按顺序混合时，正确进行混合变得非常棘手，并且在旧硬件上无法进行单独混合，因此每次简单地绘制线条可能是最不痛苦的路径。

Answer 2

用透明黑色 (0, 0, 0, 0) 清除 FBO，从后向前绘制，

glBlendFuncSeparate(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

然后绘制 FBO，

glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

以获得准确的结果。

正如 Ben Supnik 所写，FBO 包含已与 Alpha 通道相乘的颜色，因此无需使用 GL_SRC_ALPHA 再次执行此操作，而是使用 GL_ONE 进行绘制。目标颜色通常使用 GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA 进行衰减。

以这种方式混合缓冲区中的 Alpha 通道的原因是不同的：

组合透明度的公式是

resultTr = sTr * dTr

（我使用 s 和 d，因为与 OpenGL 的源和目标并行，但正如您所看到的，顺序并不重要。）

用不透明度（alpha 值）编写，这

    1 - rA = (1 - sA) * (1 - dA)
<=> rA = 1 - (1 - sA) * (1 - dA)
       = 1 - 1 + sA + dA - sA * dA
       =         sA + (1 - sA) * dA

与默认的混合函数（源和目标因子）（GL_ONE、GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA）相同 混合方程 GL_FUNC_ADD。

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顺便说一句：

上面回答了问题中的具体问题，但是如果您可以轻松选择绘制顺序，那么理论上绘制可能会更好 将颜色从前到后预乘到缓冲区中

    glBlendFunc(GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA, GL_ONE);

，否则使用同样的方法。

我背后的原因是显卡可能能够跳过已经实体的区域的着色器执行。不过我还没有测试过，所以在实践中可能没有什么区别。

Answer 3

正如 Ben Supnik 所说，最好的方法是使用单独的颜色和 Alpha 混合函数渲染整个场景。如果您使用经典的非预乘混合函数，请尝试使用 glBlendFuncSeparateOES(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GL_ONE, GL_ONE) 将场景渲染到 FBO。和 glBlendFuncSeparateOES(GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA) 将 FBO 渲染到屏幕上。

它不是 100% 准确，但在大多数情况下不会产生意外的透明度。

请记住，旧硬件和某些移动设备（主要是 OpenGL ES 1.x 设备，如原始 iPhone 和 3G）不支持分离混合功能。 :(

Answer 4

虽然有点晚了，但我想回答这个问题，因为它仍然与我相关，并且其他人在使用多个 fbo 时可能会遇到类似的混合错误问题。

当从后到前渲染并使用多个 fbo 时，我发现这个解决方案更适合我的用例：

glBlendEquation(GL_FUNC_ADD);
glBlendFuncSeparate(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GL_ZERO, GL_ONE);

// set the alpha value to 1.0 for each fbo used
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, fbo2);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

gl[Draw|Bind|Draw|Bind|...]

这有效地确保了目标 fbo 颜色缓冲区中的 alpha 值保持在 1.0，这正是我想要进行后处理的值。

但是，这也会使存储的图像完全不透明！

说明：

这是 GLSL 中解释的情况。考虑来自您想要相互混合的两个纹理的两种颜色 src 和 dest。请注意，我们希望将src绘制在dest之上。这里是片段着色器中的代码：

in vec2 tex_coords;

out vec4 target;

uniform sampler2D s;
uniform sampler2D d;

void main() {
    vec4 src = texture(s, tex_coords);
    vec4 dest = texture(d, tex_coords);
    [...]
    target = dest;
}

实际上，我们会在绘制调用中提供 src 颜色，而 dest 是不可访问的，因为它是当前存储在 fbo 中的颜色。即，类似于“当前存储的”目标。如果在未启用混合的情况下将最后两帧渲染为纹理，则可以使用相同的纹理坐标访问这些像素及其原始 Alpha 值，并自行执行混合。

使用默认设置的结果（用此替换上面的 [...]）：

// glBlendEquation(GL_FUNC_ADD)
// glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
dest.rgba = src.rgba * (src.a) + dest.rgba * (1.0 - src.a);

注意 + 如何来自 GL_FUNC_ADD, (src .a) 来自 GL_SRC_ALPHA 和 (1.0 - src.a) 来自 GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA。

重要的是要知道只有 dest.rgb 实际上打印到屏幕，而不考虑存储的 dest.a 值！因此，当涉及到屏幕上打印哪种颜色时，dest 中计算出的 alpha 完全无关，只有 dest.rgb 重要。但是，存储的 alpha 已更改。因此，当您使用之前存储的 dest 值作为新的 src 值再次运行片段着色器时，它会再次应用 Alpha 并且颜色会发生变化。这是首先渲染到纹理，然后从纹理渲染到默认 fbo/屏幕之后发生的情况。

建议设置将 dest 中的 alpha 保持为 1.0：

// glBlendEquation(GL_FUNC_ADD)
// glBlendFuncSeparate(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GL_ZERO, GL_ONE)
dest.rgb = src.rgb * (src.a) + dest.rgb * (1.0 - src.a);
dest.a = src.a * (0.0) + dest.a * (1.0);

这次 glBlendFuncSeparate 拆分 RGB 和 dest 颜色的 alpha 部分的计算。调用 glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0) 会将 dest.a 初始设置为 1.0。这意味着该项的右侧始终为 1.0，因为 GL_ONE 导致该项为 1.0 * 1.0 = 1.0。左侧始终为 0.0，因为 GL_ZERO 强制将 src alpha 乘以该值。因此，dest 的 alpha 值保持为 0.0 + 1.0 = 1.0。如果 dest 值再次用作 src 值，它将完全不透明，并将完全覆盖 dest.rgb（请参阅 dest.rgb 方程）。

或者，正如前面的答案已经指出的那样，也可以在写入默认 fbo 时简单地禁用混合，这基本上不会再次应用 alpha 值。然而，当有多个后处理阶段或尝试一次渲染到多个目标然后组合结果时，这会变得很棘手。因此，提出了上述解决方案。