OpenGL - 与帧缓冲先前内容混合

Question

我正在使用帧缓冲对象渲染到纹理，当我绘制透明的形状时，它们与在同一绘制步骤中绘制的其他形状正确地混合，但是它们与帧缓冲区先前的内容混合不当。

有没有办法将纹理的内容与新数据正确混合？

编辑：请求更多信息，我将尝试更清楚地解释；

我正在使用的混合模式是GL_SRC_ALPHA和GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA。(我认为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。它绘制连接之前鼠标位置和当前鼠标位置的线条，并且因为我不想每一帧都重新绘制线条，所以我想着将其绘制到一个纹理上，从不清除该纹理，然后只需在一个矩形上绘制该纹理即可显示它。

所有这些都很好，除了当我绘制alpha小于1的形状到纹理上时，它们无法与纹理的先前内容正确混合。比方说，我在纹理上绘制了一些alpha = .6的黑色线条。再过几个绘制周期，我就在这些线条上面画了一个alpha = .4的黑色圆。圆形下面的线条完全被覆盖了。尽管该圆不是纯黑色(它可以与白色背景正确混合)，但是你没有看到预期的圆形下面的更暗的线条。

然而，如果我在同一帧中绘制线条和圆形，它们就可以正确混合了。我的猜测是该纹理只能与其先前的内容混合。就像它只与glclearcolor混合一样。(在此情况下为 <1.0f，1.0f，1.0f，1.0f>)

- staticfloat

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混合应该与帧缓冲区中的任何内容配合使用（这就是混合的作用）。提供更多数据（您正在使用什么混合模式，您所谓的“不正确”的混合是什么意思？） - Bahbar

我已经更新了更多的信息。谢谢你的快速回复。 - staticfloat

Answer 1

我认为这里可能有两个问题。

请记住，所有叠加线都会混合两次。一次是在它们混合到 FBO 纹理时，另一次是在 FBO 纹理覆盖场景时混合。

因此，第一个可能的问题是在 FBO 叠加层中绘制一条线覆盖另一条线时，您没有启用混合。当您使用关闭混合的 RGBA 表面进行绘制时，当前 alpha 直接写入 FBO 叠加层的 alpha 通道中。然后稍后当整个 FBO 纹理覆盖在场景上时，该 alpha 使您的线条半透明。因此，如果您针对“世界”进行混合，但不进行叠加元素之间的混合，则可能不会发生混合。

另一个相关的问题：在 FBO 中以“标准”混合模式（src alpha，1 - src alpha）混合一条线覆盖另一条线时，“混合”部分的 alpha 通道将包含两个叠加元素的 alpha 的混合。这可能不是您想要的。

例如，如果您在叠加层中绘制两条 50% 的 alpha 线，那么在复制 FBO 时，您需要 FBO 的 alpha 是 ...75%。也就是说，1 -（1-.5）*（1-0.5），这是当您在场景中绘制两条 50% 的 alpha 线时会发生的情况。但是当您绘制两条 50% 的线时，您将在 FBO 中获得 50% 的 alpha（50% 与...50% 的混合。

这带来了最后一个问题：通过在将它们混合到世界之前彼此预混合叠加层，您正在更改绘制顺序。尽管您可能会有：

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

现在您将会有：

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

换句话说，在 FBO 中预混合叠加线会更改混合顺序，从而以您可能不希望的方式更改最终外观。

首先，解决这个问题的简单方法是：不要使用帧缓冲对象（FBO）。我知道这是一个“重新设计应用程序”的答案，但是使用FBO并不是最便宜的选择，而现代GL卡在绘制线条方面非常出色。所以一个选择是：将线条几何图形写入顶点缓冲对象（VBO）而不是混合到FBO中。每次简单地扩展一下VBO即可。如果您一次绘制的线条少于，比如说，40,000条，那么这几乎肯定和之前做的一样快。

（如果您采取这种方法，请注意一个提示：使用glBufferSubData将线条写入VBO，而不是使用glMapBuffer - 在许多驱动程序上，映射可能很昂贵，并且不能在子范围上工作... 最好只是让驱动程序复制一些新的顶点。）

如果这不是一个选项（例如，如果您绘制了混合各种类型的形状或使用了混合各种GL状态，以至于“记住”您所做的事情比累积顶点更加复杂），那么您可能需要改变将图形绘制到VBO的方式。

基本上，您需要启用分离混合；将覆盖层初始化为黑色+0％的alpha（0,0,0,0），并按标准混合RGB和叠加混合alpha通道进行混合。这对于alpha通道仍然不是完全正确的，但通常更接近 - 如果没有这样做，则过度绘制区域将过于透明。

然后，在绘制FBO时，使用“预乘”alpha，即（一，一减源alpha）。

这是为什么需要最后一步：当您绘制到FBO中时，您已经通过其alpha通道乘以了每个绘制调用（如果启用混合）。 因为您正在黑色上绘图，所以绿色（0,1,0,0.5）的线现在变成了深绿色（0,0.5,0,0.5）。如果再次启用alpha并正常混合，则重新应用alpha，并且您将获得0,0.25,0,0.5.）。通过简单地使用FBO颜色，您避免了第二次alpha乘法。

有时这被称为“预乘”alpha，因为alpha已经乘到RGB颜色中。在这种情况下，您希望获得正确的结果，但在其他情况下，程序员使用它来提高速度。(通过预乘法，当执行混合操作时，每个像素上就可以少一次乘法运算。)

希望这能帮助到您！当图层未按顺序混合并且旧硬件上不可用单独混合时，正确地进行混合变得非常棘手，因此每次简单地绘制线条可能是最不痛苦的方法。

- Ben Supnik

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非常感谢您提供如此详尽的回复！很抱歉这么晚才回复您，但如果我有更多的积分可以给您，我一定会的！谢谢！ - staticfloat

Answer 2

使用透明黑色（0, 0, 0, 0）清除FBO，在后向前的顺序中绘制到其中

glBlendFuncSeparate(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA, GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

并使用 FBO 进行绘制

glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

为了得到精确的结果。

正如Ben Supnik所写，FBO已经包含了颜色和alpha通道相乘的值，因此不需要再次使用GL_SRC_ALPHA进行操作，而是使用GL_ONE进行绘制。目标颜色通过GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA进行正常衰减。

在缓冲区中以这种方式混合alpha通道的原因是不同的：

组合透明度的公式为：

resultTr = sTr * dTr

(I使用s和d是因为与OpenGL的源和目标平行，但正如您所看到的，顺序并不重要。)

用不透明度（alpha值）编写，变成了

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

这与默认的 混合方程 GL_FUNC_ADD 使用相同的混合函数（源和目标因子）（GL_ONE，GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA）相同。

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作为附注：

上述回答了问题中的具体问题，但如果您可以轻松选择绘制顺序，理论上最好使用预乘颜色从前到后绘制到缓冲区。

    glBlendFunc(GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA, GL_ONE);

并且使用相同的方法。

我之所以这样做的原因是，显卡可能能够跳过已经是实心的区域的着色器执行。不过我还没有进行测试，所以在实践中可能没有任何区别。

- Tamschi

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我想说的是，大约5年后，我再次搜索这个问题，在阅读了你的帖子后，心里想着：“哇，这解决了我的问题，它如此简单，而且完美地契合了我的需求！”然后我又想，“我不知道最初提出这个问题的人是谁。” - staticfloat

@staticfloat 嘿，很高兴这个消息传到了你这里。我是在为其他人查找嵌套UI控件的渲染问题（我仍然不擅长实际图形编程）而进行搜索，之前的答案提示了我关于分离混合模式的信息，但如果没有确切的解决方案，那么这将会非常奇怪。再次思考后，这个解决方案只有在你需要在之前的缓冲区上绘制时才是最优的。对于可以选择顺序的情况，例如将GUI控件渲染到缓冲区中时，我会添加一个注释，因为这种情况下人们很可能会来到这里。 - Tamschi

运行得很好！这帮助我将 FBO 中的透明文本渲染到屏幕上。至于为什么/如何工作，我认为我还需要更多的阅读 :) - Arahman

Answer 3

如Ben Supnik所说，最好的方法是使用单独的混合函数对颜色和透明度进行渲染。如果您正在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中，并使用glBlendFuncSeparateOES（GL_ONE，GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA）将FBO渲染到屏幕上。

虽然不是100％准确，但在大多数情况下，这样做不会产生意外的透明度。

请记住，旧硬件和一些移动设备（主要是OpenGL ES 1.x设备，如原始iPhone和3G）不支持分离的混合函数。:(

- Filipi Nascimento Silva