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OpenGL之利用 Alpha 透明度进行测试

在前面的博客文章中有提到 OpenGL 裁剪测试及注意点，并且裁剪测试只能裁剪一个矩形区域，相当于就是把整个内容都绘制上去了，但是透过一个小矩形区域来看绘制的物体。

除了透过矩形区域，还可以实现透过任意形状区域来观察物体，这就是要用到 OpenGL 的 Alpha 透明度测试。

关于 Alpha 透明度测试，在 用 OpenGL 对视频帧内容进行替换 也用实践用到过。

在 OpenGL 中，每个颜色都有四个色彩通道 --- RGBA，其中 A 就是 Alpha 透明度通道，可以利用它的值进行检测。

Alpha 测试的基本原理为，当绘制一个片元时，首先检测其 Alpha 值，若 Alpha 值满足要求，就通过测试，绘制此片元，否则丢弃此片元，不进行绘制。

比如如下的场景：

如果是裁剪测试，只能屏幕上透过一个矩形区域来观察实际场景。

而换成 Alpha 测试，就可以实现透过任意形状的观察，效果如下：

图上的内容实际由三部分组成，树、地形、中间带透明度的边框。

正因为绘制的边框带透明度，才不会全部遮住后面的内容。

具体绘制代码如下： 

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            GLES20.glClear(GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT or GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT)
            // 打开深度检测
             GLES20.glEnable(GLES20.GL_DEPTH_TEST)
            // 设置相机和观察矩阵，绘制地形和树
            MatrixState.setProjectFrustum(-ratio!!, ratio!!, -1f, 1f, 1f, 100f)
            MatrixState.setCamera(cx, 0f, cz, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0f)

            MatrixState.pushMatrix()
            MatrixState.translate(0f, -2f, 0f)
            // 绘制地形
            desert!!.drawSelf(desertId)
            MatrixState.popMatrix()
            // 开启混合，因为树要和地形有混合的地方
            GLES20.glEnable(GLES20.GL_BLEND)
            // 设置混合因子
            GLES20.glBlendFunc(GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
            MatrixState.pushMatrix()
            MatrixState.translate(0f, -2f, 0f)
            // 绘制树
            tg!!.drawSelf(treeId)
            MatrixState.popMatrix()
            // 关闭混合
            GLES20.glDisable(GLES20.GL_BLEND)
            // 清除深度缓冲
            GLES20.glClear(GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
            // 设置相机和投影矩阵来绘制带透明度的边框
            MatrixState.pushMatrix()
            MatrixState.setProjectOrtho(-1f, 1f, -1f, 1f, 1f, 100f)
            MatrixState.setCamera(0f, 0f, 3f, 0f, 0f, 0f, 0f, 1.0f, 0.0f)
            rect!!.drawSelf(maskTextureId)
            MatrixState.popMatrix()

这里面绘制带透明度的边框时清除了一次深度缓冲，因为带透明度边框不属于主场景，不应该和主场景中的物体以同一标准进行深度检测，否则可能会产生不正确的视觉效果。

具体实现

Alpha 测试的重点在于片段着色器的处理，在这里可以对每一个片段进行处理，根据 Alpha 来决定是否抛弃它。

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precision mediump float;
varying vec2 vTextureCoord; //接收从顶点着色器过来的参数
uniform sampler2D sTexture;//纹理内容数据
void main() { 
    //给此片元从纹理中采样出颜色值 
   vec4 bcolor = texture2D(sTexture, vTextureCoord);
   if(bcolor.a<0.6) {
        discard;
   } else {
      gl_FragColor=bcolor;
}}

根据具体的图片透明度，这里，如果透明度小于 0.6 ，就抛弃这个片元，否则的话就赋值给原本采样的颜色。

其中，在 GLSL 着色器语言中，discard 代表放弃该片元。

而 texture2D 方法代表纹理采样，它的结果类型是一个向量，向量在着色器代码中的地位非常重要，可以方便地存储以及操作 颜色、位置、纹理坐标 等不仅包含一个组成部分的量。

对于一个向量，有时需要单独访问向量中的某个分量，基本语法为 <向量名>.<分量名>，从不同的角度来看，它的每个分量代表的含义是不同的：

  • 将向量看作颜色时，可以使用 r、g、b、a 四个分量名，分别代表红、绿、蓝、透明度 4 个色彩通道。

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vec4 aColor;
aColor.r = 0.6;
aColor.g = 0.8;
若向量是 4 维的，可以使用的分量名为 r、g、b、a；若向量是 3 维的，可以使用的分量名为 r、g、b；若是 2 维的，可以使用的 r、g 两个分量名。

  • 将向量看作位置时，可以使用 x、y、z、w 四个分量名，分别代表 x 轴、y 轴、z 轴分量及 w 值。 

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    vec4 aPosition;
aPosition.x = 34.2
aPosition.z = 12.2
    若向量是 4 维的，可以使用的分量名为 x、y、z、w；若向量是 3 维的，可以使用的分量名为 x、y、z；若是 2 维的，可以使用的 x、y 两个分量名。

  • 将向量看作纹理坐标时，可以使用 s、t、p、q 四个分量名，分别代表纹理坐标的不同分量。 

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    vec4 aTexCoor;
aTexCoor.s = 0.45;
aTexCoor.t = 0.22;
    若向量是 4 维的，可以使用的分量名为 s、t、p、q；若向量是 3 维的，可以使用的分量名为 s、t、p；若是 2 维的，可以使用的 s、t 两个分量名。

除了使用 . 的形式来访问分量名，还可以将向量看作一个数组，用下标来进行访问：

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aColor[0] = 0.4;
aPostion[2] = 0.34;
aTexCoorp[1] = 0.12;

理解了 discard 的作用和向量各分量的含义，就很容易明白 Alpha 测试的原理了。

实际上，Alpha 测试并不是渲染管线上要进行的操作流程，而是我们自己想出的根据 Alpha 透明度值对片元进行处理罢了。

具体的实现可以参考我的 Github 项目，求一波 Star 。

https://github.com/glumes/AndroidOpenGLTutorial

参考

  1. 《OpenGL ES 3.x 游戏开发》

最后

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