解释预乘alpha的工作原理

Question

有人能否解释一下，为什么使用预乘 alpha（和更正的混合函数）进行渲染时，看起来与“正常”alpha不同，而从数学上讲，它们是相同的？

我查阅了这篇文章以了解预乘 alpha：http://blogs.msdn.com/b/shawnhar/archive/2009/11/06/premultiplied-alpha.aspx 作者还说最终计算结果相同：

“查看传统和预乘 alpha 的混合方程。如果将此颜色格式转换代入预乘混合函数中，则会得到传统混合函数，因此两种方式都会产生相同的最终结果。不同之处在于，预乘 alpha 将（源.rgb * 源.a）计算作为预处理，而不是在混合硬件内部执行。”

有什么遗漏吗？那么结果为什么不同呢？

- neshone

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你需要在使用预乘混合时使用预乘内容，在非预乘混合时使用非预乘内容。否则会得到错误的结果。如果你使用正确的内容和正确的方程式，你将得到正确的行为。 - fadden

为了获得帮助，您应该提供有关迄今为止所获得结果差异的更多信息。 - tonso

我实际上并不是想修复错误或其他什么。在使用它之前，我实际上想先理解它，但我发现网络上的信息有点混乱。这就是为什么我发布了这个问题。我还想知道是否可以在运行时实现相同的效果，而无需预乘资源以及在资源加载期间进行修改... 有什么有用的资源吗？ - neshone

链接失效了。 - Andreas detests censorship

Answer 1

区别在于过滤方式。

假设你有一张只有两个像素的纹理，并且你在这两个像素的中间精确采样。同时假设使用线性过滤。

Schematically:
R|G|B|A + R|G|B|A = R|G|B|A
non-premultiplied:
1|0|0|1 + 0|1|0|0 = 0.5|0.5|0|0.5
premultiplied:
1|0|0|1 + 0|0|0|0 = 0.5|0|0|0.5

注意绿色通道的差异。 过滤预乘alpha会产生正确的结果。

请注意，所有这些都与混合无关。

- anonymní vopice

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我不理解你的例子，为什么要将不同颜色0100和0000相加，结果显然会不同。 - frankelot

@frankelot 这是因为0|1|0|0和0|0|0|0看起来（对人类而言）是相同的颜色：完全透明。 我们将0乘以1（alpha乘以原始绿色）以获得预乘绿色，即0。 - Jack G

Answer 2

这只是一个猜测，因为目前没有足够的信息来解决问题。

应该是相同的。获取不同值的一种常见方法是在预乘和渲染步骤之间使用不同的Gamma校正方法。

我猜你的其中一个阶段，无论是混合还是预乘阶段，都使用了不同的Gamma值。如果您使用像DirectXTex texconv这样的工具生成带有预乘Alpha的纹理，并使用默认的srgb选项，则您的采样器需要是_SRGB格式，渲染目标也应该是_SRGB。如果您将它们视为线性，则可能无法渲染到_SRGB目标或使用Gamma校正对纹理进行采样，即使您在采样的着色器中进行了预乘（取决于3D API和渲染目标设置差异）。这样做会导致中间色调的Alpha值在两种方法之间显着不同。

请参见：线性的重要性。

如果您是在Photoshop中生成Alpha通道，则应该知道几件事情。Photoshop不会以线性或sRGB格式保存Alpha通道。它会将其保存为介于线性和sRGB之间的Gamma值。如果您在Photoshop中进行预乘，它将正确计算预乘，但使用错误的斜坡保存结果。如果您生成普通的Alpha通道，然后在3D API中以sRGB或线性方式进行采样，则会接近但不匹配Photoshop在任一情况下显示的值。

对于更详细的回复，我们需要的信息是：

• 您使用的3D API。
• 您如何生成和采样纹理
• 何时以及如何进行预乘Alpha。
• 最好提供一个显示错误的代码或着色器示例。

- George Davison

Answer 3

我正在研究为什么要使用Pre而不是非Pre，并从Nvidia找到了这个有趣的信息。

https://developer.nvidia.com/content/alpha-blending-pre-or-not-pre

使用 Pre-Alpha，似乎可以更精确地处理他们的特定情况，而比使用 Post-Alpha 更好。

我也读到过（我相信是在这里但找不到了），使用预先 Alpha（即将 Alpha 乘以每个 RGB 值），可以节省时间。我仍然需要找出这是否正确，但似乎有理由更喜欢使用预先 Alpha。

- XaolingBao