OpenGL编程指南第六章：混合、反锯齿、雾、多边形偏移

1、混合（blending）

混合发生在图元光栅化之后，片段(fragment)写入frameBuffer之前；片段与对应位置的frameBuffer像素进行互操作形成新的像素颜色的过程及时混合。需要通过glEnable(GL_BLEND)来激活混合功能，否则的话fragmen直接覆盖对应像素。

颜色的alpha分量值此时就会发挥作用。

混合因子（blend factor）

混合操作的时候，fragment颜色叫做源source，像素颜色叫做目标destination。源与目标进行运算之前要乘以一个因子，分别是：Sr,Sg,Sb,Sa和Dr,Dg,Db,Da，混合操作的公式可表示为：(Rs*Sr+Rd*Dr，Gs*Sg+Gd*Dg，Bs*Sb+Bd*Db，As*Sa+Ad*Da)。最终计算结果会被钳制在[0,1]范围内。

有两个API可以用来设定这个因子：glBlendFunc(GLenum srcfactor, GLenum destfactor)和glBlendFuncSeparate(GLenum srcRGB, GLenum destRGB,GLenum srcAlpha, GLenum destAlpha)，后者的区别就是可以对alpha分量单独设置。参数是一些枚举值，具体的参数值列表及其含义请参考原书。

在设定因子的时候，某些带CONSTANT字样的参数值，需要一个另外的颜色常量来参与计算，这个常量通过glBlendColor(GLclampf red, GLclampf green, GLclampf blue,GLclampf alpha)来指定。

混合方程（blend equation）

上一部分的混合使用的算数操作是加法，这个也是可以改变的，glBlendEquation(GLenum mode);glBlendEquationSeparate(GLenum modeRGB,GLenum modeAlpha)可以设置算数操作，这两个API的区分一目了然。具体的参数请参考原书。

混合用例

这一部分描述了一些使用blend来达到某种效果的用例，通常一种效果可以通过多种方式来达到：

1）均匀混合两个图像：先将源factor设为GL_ONE，目标factor设为GL_ZERO，将第一个图绘制到frame buffer；再将源factor设为GL_SRC_ALPHA，目标factor设为GL_ONE_MINUS_ALPHA，将第二个图以alpha为0.5绘制到frame buffer。通过调节alpha的值，可以控制两个图像的比重。

2) 均匀混合三个图像：清空framebuffer，将源factor设为0.333333333，目标factor设为GL_SRC_ALPHA，再依次以alpha为0.5绘制三个图像。

3) 过滤效果：将源 factor设为GL_DST_COLOR 或GL_ONE_MINUS_DST_COLOR，将目标factor设为GL_SRC_COLOR 或GL_ONE_MINUS_SRC_COLOR可以实现对图像颜色各分量分别实现调节。（我的理解：）比如先将frame buffer清空为(0.4,0.3,0.2,1.0)，再分别将源、目标factor设置为GL_DST_COLOR和GL_SRC_COLOR，那么绘制效果是red 80%，green 60%，blue 40%。

4) 非矩形的光栅化：可以通过混合对图像进行非规则的光栅化，比如你可以绘制一个任意形状的多边形，将期内部颜色alpha设为1.0，外部颜色alpha设为0，在将图像绘制上去，通过控制参数，就可以达到只在多边形内部显示图像的目的。billboarding技术就是以这个为基础的。

5）反锯齿：这个在后面会讲到。

混合和顺序

两个相互重叠的透明物体最终呈现出的视觉效果，与他们绘制的顺序是有关的。

在3维模型下，如果开启DepthBuffer，如果半透明的物体离视点更近的话，glDepthMask(GL_FALSE)可以把depth buffer暂时变成readonly的，所以在绘制半透明物体的时候应该这样做，这样半透明后面的物体能够有机会绘制。

但无论如何，我觉得绘制的顺序会影响最终的视觉效果。

2、反锯齿

屏幕本质上是一个像素矩阵，像素毕竟是具有一定大小的方格，那么表示一条直线一组像素不可能严格在一条直线上。仔细观察屏幕上的直线，会发现有锯齿的效果，尤其当直线近似竖直或近似平放的时候。

直线、点、多边形进行反锯齿

使用glEnable(GL_POINT_SMOOTH)或glEnable(GL_LINE_SMOOTH)或glEnable(GL_POLYGON_SMOOTH)开启该功能。该功能的实现方式是，对于直线经过的像素点，计算一个coverage值，表示直线对该像素点的覆盖度，在执行blend之前，fragment的alpha值会先乘上coverage值。从这可知道，反锯齿是基于blend的。

多重采样(multisampling)反锯齿

多重采样是通过额外的缓冲区和计算来进行反锯齿操作的。具体说来，每个像素点包含多个采样点，opengl会保存fragment在每个采样点的颜色、深度、stencil信息，最终fragement在该像素点coverage值由这采样点的信息计算得来。

使用多重采样的步骤：1）glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB |GLUT_MULTISAMPLE)，初始化的时候开启；2）glGetIntegerv(GL_SAMPLE_BUFFERS, &bufs);glGetIntegerv(GL_SAMPLES, &samples);可以检查多重采样是否可用，前者返回1，后者返回大于1表示可用; 3）glEnable(GL_MULTISAMPLE)，可以激活。

3、雾（frog）

通过使用雾，能够达到“物体随着远离视点而淡出视线”的效果。

使用雾先要调用glEnable(GL_FOG)；可以设置雾的颜色glFogfv(GL_FOG_COLOR, fogColor)；雾的浓度glFogf(GL_FOG_DENSITY, 0.5)；雾的范围glFogf(GL_FOG_START, 1.0)，glFogf(GL_FOG_END, 5.0)，参数值代表离视点的距离；雾的模式glFogi(GL_FOG_MODE, fogMode)。

计算公式

opengl会混合fragment的颜色和雾的颜色，混合之前要计算一个frog混合因子：

z：默认表示fragment的深度，也可以通过API来主动设定；
模式：GL_EXP,GL_EXP2,GL_LINEAR是三种模式，每种模式下f的计算方式不同
density：雾的浓度
f的值会被限制在[0,1]以内。

f计算好了之后，加上雾效果的fragment颜色计算为：

Cf：雾颜色
Ci：fragment的原始颜色

雾坐标

上文中雾坐标默认使用fragment的深度，但也可以通过API设置：glFog(GL_FOG_COORD_SRC, GL_FOG_COORD)设置雾坐标来源于手动设定；glFogCoord*()设定顶点的雾坐标。

4、点参数

有时候我们想通过点来表示小的原形或球形物体，而不是通过复杂、低效的多边形模型，比如灯、水滴等。

glPointSize() 和glEnable(GL_POINT_SMOOTH)可以产生各种尺寸的、圆形的点。

glPointParameterf{if}{v}()可以指定更多有用的点参数：

GL_POINT_DISTANCE_ATTENUATION指定一组常量，来控制点随着远离视点，其尺寸衰减方式；
GL_POINT_SIZE_MIN和GL_POINT_SIZE_MAX可以将衰减控制在一个范围内；
GL_POINT_FADE_THRESHOLD_SIZE指定一个常量size值，当点的尺寸衰减到小于这个size时，其alpha值会按比例衰减；
GL_POINT_SPRITE_COORD_ORIGIN指定点的纹理坐标起点，GL_LOWER_LEFT或GL_UPPER_LEFT。

5、多边形偏移(polygon offset)

如果想加亮一个物体的边界，可能采取的措施是先以GL_FILL模式来画（组成物体表面的）多边形，再以GL_LINE模式来画同一个多边形。但是不同模式的多边形并不是按相同的方式进行光栅化的，产生的深度(depth)值也不一定完全一致，因此可能的结果是加亮的边界时隐时现，断断续续。

解决这个问题的一个方式就是polygon offset，它给多边形施加一个深度坐标的偏移。

glEnable() GL_POLYGON_OFFSET_FILL, GL_POLYGON_OFFSET_LINE,GL_POLYGON_OFFSET_POINT来激活不同模式的polygon offset；
glPolygonOffset(GLfloat factor, GLfloat units)来设定偏移参数：offset的计算方法是offset = m * factor + r * units，m是深度斜率(depth slop)，由系统计算；r是一个系统预定义的值用来产生有意义的最小的深度偏差。

合理的参数值随具体的情况而定，线的宽度、深度值、深度斜率都会产生影响。