Qt下的OpenGL 编程（6）混合、雾、抗锯齿

一、提要

    混合：对颜色进行混合，实现像“半透明”一样的效果。

    抗锯齿：使直线和多边形的锯齿状边缘变得平滑。

    雾：创建具有大气效果的场景。

二、混合

    混合的最终效果是使场景看上去像是半透明的。

    一个通俗的方式来解释混合的话，例如透过绿色的玻璃观察一个物体，我们看到的颜色部分来自于玻璃的绿色，部分来自于

物体的颜色。这两种颜色所占的比例取决于玻璃的传比属性：如果玻璃传播撞击它的光线的80%（即alpha值是0.2），我们看到

的颜色就是玻璃颜色的20%加上玻璃后面那个物体颜色的80%。

    融合的公式 ：

    (Rs Sr + Rd Dr, Gs Sg + Gd Dg, Bs Sb + Bd Db, As Sa + Ad Da)

  OpenGL按照上面的公式计算这两个象素的融合结果。小写的s和r分别代表源象素和目标象素。大写的S和D则是相应的融合因子，即透明度。这些决定了您如何对这些象素融合。绝大多数情况下，各颜色通道的alpha融合值大小相同，这样对源象素就有 (As, As, As, As)，目标象素则有1, 1, 1, 1) - (As, As, As, As)。上面的公式就成了下面的模样:

    (Rs As + Rd (1 - As), Gs As + Gd (1 - As), Bs As + Bs (1 - As), As As + Ad (1 - As))

    这个公式会生成透明/半透明的效果。

    混合因子的值位于[0,1]之间。在源颜色和目标颜色进行混合之后，它们的值将进行截取限制在[0,1]的范围之内。

    在进行三维 混合的时候，多边形的绘图顺序将极大地 影响最终的混合效果。在绘制三维的半透明物体时，根据从前向后还是从后向前绘制多个多边形，最终结果可能大相径庭。正确的混色过程应该是先绘制全部的场景之后再绘制透明的图形。并且要按照与深度缓存相反的次序来绘制(先画最远的物体)。在深度缓存启用时，您应该将透明图形按照深度进行排序，并在全部场景绘制完毕之后再绘制这些透明物体。否则您将得到不正确的结果。

    下面来实现一下混合纹理的木箱。

     首先在nehewiget.h中加入变量isBlend和几个函数：

     public:

          //判断是否启用混合

         bool isBlending();

         //启用混合

         void enableBlend();

         //关闭混合

         void disableBLend();

     protected:

          bool isBlend;

        函数实现:

        void NeHeWidget::enableBlend()

        {

            this->isBlend=true;

            glEnable(GL_BLEND);// 打开混合

            glDisable(GL_DEPTH_TEST);// 关闭深度测试

              updateGL();

        }

        void NeHeWidget::disableBLend()

        {

            this->isBlend=false;

            glDisable(GL_BLEND);// 关闭混合

            glEnable(GL_DEPTH_TEST);// 打开深度测试

              updateGL();

        }

        bool NeHeWidget::isBlending()

        {

            return this->isBlend;

        }

在initializeGL()中加入混合设置：

// 全亮度， 50% Alpha 混合

     glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,0.5f);

// 基于源象素alpha通道值的半透明混合函数

     glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA,GL_ONE);

加入键盘事件，按键B来控制是否混合：

case Qt::Key_B:

    if (!neheWidget->isBlending())   neheWidget->enableBlend();

   else neheWidget->disableBLend();

    break;

最后运行的结果就像这样：

三、雾

        有些情况下，添加一些雾可以是图像更加逼真，比如模拟战争，污染，飞行等等。

        插入一下颜色模式的概念：

        RGBA显示模式

        在RGBA模式中，硬件分配一定数量的位面给R、G、B和A成分（每个成分的数量不一定一样）如图所示。R、G、B的值通常以整型存储，而不是浮点数，并且它们被扩展成可以方便存储和获取的位数。例如，在一个R成分有8位的系统中，从0到255的成分就可以存储，这样，0，1，2，……，255就对应R的值0/255 = 0.0, 1/255, 2/255, ..., 255/255 = 1.0。无论位面的数量是多少，0.0总是最小的亮度值，1.0总是表示最大的亮度值。

         颜色索引显示模式

         在颜色索引模式下，OpenGL使用一个颜色表（或查找表），就像用一个调色板来调出场景需要的各种颜色。画家的调色板提供了很多小格子用于调色；类似的，计算机的颜色表提供很多索引，供RGB值进行混合，如下图所示。

           模式的选择

           选择RGBA模式还是颜色索引模式

           你要基于可用的硬件和应用程序的需要来决定使用哪种颜色模式。对大多数系统而言，RGBA模式比颜色索引模式能够同时表示更多的颜色。同样，对于大多数效果，例如阴影、光照、纹理映射、雾化，RGBA模式比颜色索引模式提供更加丰富的功能。

      下面我们继续来实现雾的效果.

     首先在neheWidget.h 中添加一个变量，用于所选择的雾的类型的索引，然后还需要一个函数来变换雾的类型。

     protected:

       GLuint fogFilter;

    public：

        void changeFog();

    在neheWidget.cpp中添加雾的参数：

    GLuint fogMode[3] = { GL_EXP, GL_EXP2, GL_LINEAR };

    GLfloat fogColor[4] = { 0.5, 0.5, 0.5, 1.0 };

     变量fogMode，用来保存3种有关雾的类型：GL_EXP，GL_EXP2，GL_LINEAR。这个变量将在代码的开头声明。变量fogColor会保存任何您想要的雾的颜色。

      关于雾的类型

GL_EXP：简单渲染在屏幕上显示的雾的模式。它无法给予我们非常漂亮的雾的效果，但是却可以在古老的电脑上工作的很好。

GL_EXP2：比1提高了一点，将渲染全屏幕的雾，然而她会给予场景更深的效果。

GL_LINEAR：这是最好的雾的渲染模式，对象在雾中消隐的很好。

       接着在cpp中初始化fogFileter，添加函数实现。

      fogFilter = 0;

void NeHeWidget::changeFog()

{

    fogFilter+=1;

    if (fogFilter>2) fogFilter=0;

    glFogi( GL_FOG_MODE, fogMode[fogFilter] );

    updateGL();

}

在initializeGL()中对雾进行设置：

//选定雾的类型

  glFogi( GL_FOG_MODE, fogMode[fogFilter] );

 //设置雾的颜色

 glFogfv( GL_FOG_COLOR, fogColor );

 //设置雾的浓度

  glFogf( GL_FOG_DENSITY, 0.35 );

  //确定雾的渲染方式

 glHint( GL_FOG_HINT, GL_DONT_CARE );

 //确定了雾的开始初离屏幕有多近

 glFogf( GL_FOG_START, 1.0 );

    //确定了雾的开始初离屏幕有多

 glFogf( GL_FOG_END, 5.0 );

      //开启雾

  glEnable( GL_FOG );

      关于雾的渲染方式有三个不同的值：

GK_DONT_CARE：让OPENGL自己来确定雾的渲染方式，每顶点或是每像素。

GL_NICEST：对每一像素进行雾的渲染，它看起来是极棒的。
GL_FASTEST：对每一顶点进行雾的渲染，它速度较快，效果就一般了。

    最后，在mainwindow.cpp中添加键盘事件，来改变雾的效果。

        case Qt::Key_G:

           neheWidget->changeFog();

           break;

        最后的效果像这样：

        感觉雾的实现和灯光的实现有些类似，都是先设置参数，然后添加到场景中去。

 实现的原理还是有点复杂，大家有兴趣的话可以翻阅相应的资料。

四、抗锯齿

        我们在绘制一条1像素的直线的时候，通常它并不是一条直线，

有些地方甚至断掉了，这个就是锯齿，或是走样。抗锯齿又称反走样，在游戏中的效果调整中通常

有多少倍抗锯齿，用的就是这种技术，它可以使图形

的边缘显得更加平滑一些，增加了逼真感，但代价是损失了性能。

        OpenGL中开启抗锯齿有两个步骤：

        启用抗锯齿

        还是以glEnable来启用抗锯齿,可以根据不同图形进行处理

        GL_POINT_SMOOTH 点

        GL_LINE_SMOOTH 线

        GL_POLYGON_SMOOTH 多边形

        抗锯齿质量

        当然效果越好，那么计算机速度就越慢，即有一个参数设置

        glHint用于对点，线，多边形的抗锯齿程度进行设置

        GL_DONT_CARE 放弃，应该是系统默认吧

        GL_FASTEST 速度优先

        GL_NICEST 图形显示质量优先

      下面用代码来实现一下，回到第二篇那个最初始的框架。

      首先将点和线的大小设大一下，效果会比较明显：

    glPointSize(20);

    glLineWidth(20);

      绘制一些点和线：

void NeHeWidget::paintGL()

{

    // 清除屏幕和深度缓存

    glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );

    glLoadIdentity();

    //坐标转移

    glTranslatef(-1.5f,0.0f,-4.0f);

    //设置颜色

    glColor3f( 1.0, 1.0, 1.0 );

    glBegin(GL_POINTS) ;

    glColor3f(1.0,1.0,1.0); //设置点颜

    glVertex2f(-0.5, -0.5);

    glColor3f(1.0,0.0,0.0);

    glVertex2f(-0.5,0.5);

    glColor3f(0.0,0.0,1.0);

    glVertex2f(0.5,0.5);

    glColor3f(0.0,1.0,0.0);

    glVertex2f(0.5,-0.5);

    glEnd();

    glLoadIdentity();

    //坐标转移

    glTranslatef(1.5f,0.0f,-4.0f);

    glBegin(GL_LINES);

        glVertex3f(-1.0, 1.0,0.0);

        glVertex3f(1.0,- 1.0,0.0);

        glColor3f(0.0,0.0,1.0);

        glVertex3f(1.0, 1.0,0.0);

        glVertex3f(-1.0, -1.0,0.0);

    glEnd();

}

在没有设置抗锯齿的时候，效果是这样的：

在initializeGL()中加入抗锯齿的代码：

glEnable (GL_POINT_SMOOTH);

glHint (GL_POINT_SMOOTH, GL_NICEST);

glEnable(GL_POINT_SMOOTH);

glEnable(GL_LINE_SMOOTH);

glHint(GL_POINT_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);

glHint(GL_LINE_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);

最后效果是这样：

四.参考资料
1.      《 OpenGL Reference Manual 》， OpenGL 参考手册
2.      《 OpenGL 编程指南》（《 OpenGL Programming Guide 》）， Dave Shreiner ， Mason Woo ， Jackie Neider ， Tom Davis 著，徐波译，机械工业出版社
3.         《win32 OpenGL编程 》   一个大牛的博客     http://blog.csdn.net/vagrxie/article/category/628716/3
4.       《OpenGL函数思考 》   里面有很多OpenGL函数的通俗解释     http://blog.csdn.net/shuaihj
5.       《nehe的OpenGL教程》 比较通俗易懂的OpenGL教程    http://nehe.gamedev.net/