LearnOpenGL——混合、面剔除

混合 Blending

OpenGL中，混合(Blending)通常是实现物体透明度(Transparency)的一种技术。透明的物体可以是完全透明的（让所有的颜色穿过），或者是半透明的（它让颜色通过，同时也会显示自身的颜色）。一个物体的透明度是通过它颜色的alpha值来决定的。Alpha颜色值是颜色向量的第四个分量，范围为0.0-1.0

一、丢弃片段 Alpha Test

比如草图片，草本身是不透明的，其余部分是透明的，在场景中，我们不希望看到草的方形图片，而只显示草部分，并能看透图像其余部分（想要丢弃(Discard)显示纹理中透明部分的片段，不将这些片段存储到颜色缓冲中）

加载透明纹理，需要告诉OpenGL我们使用了透明度通道GL_RGBA（之前是GL_RGB）

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);

在片元着色器中，也要保证获取了四个颜色分量，而不是将a值设为1.0

void main()
{// FragColor = vec4(vec3(texture(texture1, TexCoords)), 1.0);FragColor = texture(texture1, TexCoords);
}

GLSL给了我们discard命令，一旦被调用，它就会保证片段不会被进一步处理，所以就不会进入颜色缓冲。有了这个指令，我们就能够在片段着色器中检测一个片段的alpha值是否低于某个阈值，如果是的话，则丢弃这个片段

#version 330 core
out vec4 FragColor;in vec2 TexCoords;uniform sampler2D texture1;void main()
{             vec4 texColor = texture(texture1, TexCoords);if(texColor.a < 0.1)discard;FragColor = texColor;
}

在纹理采样时，因为我们设置了GL_REPEAT，并使用了透明值，纹理图像的顶部将会与底部边缘的纯色值进行插值，会得到一个半透明的有色边框，效果不好。解决办法是使用透明度纹理时，将纹理环绕格式设置为GL_CLAMP_TO_EDGE

glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, format == GL_RGBA ? GL_CLAMP_TO_EDGE : GL_REPAEAT);
glTexParameteri( GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, format == GL_RGBA ? GL_CLAMP_TO_EDGE : GL_REPAEAT);

二、混合 Alpha Blending

alpha test会直接丢弃面片，但是不能制作半透明物体，这个时候需要用到alpha blend，使用Gl_BLEND来开启透明度混合

glEnable(GL_BLEND);

开启之后，我们需要告诉OpenGL该如何混合

• Csource：源颜色向量。这是源自纹理的颜色向量 —— 半透明物体
• Cdes：目标颜色向量。这是当前存储在颜色缓冲中的颜色向量 —— 被覆盖的物体
• Fsource：源因子值。指定了alpha值对源颜色的影响（设置为想要的alpha值）
• Fdes：目标因子值。指定alpha值对目标颜色的影响（两个alpha值相加为1）
  

片元着色器执行完毕后，所有测试都通过后，混合方程才会应用到片元颜色输出与当前颜色缓冲中的值。glBlendFunc函数可以用来设置两个因子。

glBlendFunc(GLenum sfactor, GLenum dfactor)

也可以使用glBlendFuncSeparate为RGB和alpha通道分别设置不同的选项。

glBlendEquation(GLenum mode) 允许我们设置运算符（通常我们都可以省略调用glBlendEquation，因为GL_FUNC_ADD对大部分的操作来说都是我们希望的混合方程）提供了三个选项：

• GL_FUNC_ADD，将两个分量相加：Cresult=Src+Dst
• GL_FUNC_SUBTRACT，两个分量相减：Cresult=Src−Dst
• GL_FUNC_REVERSE_SUBTRACT，两个分量相减，但顺序相反：Cresult=Dst−Src

渲染顺序

对于有不透明物体和透明物体的场景的时候

• 先绘制所有不透明物体
• 将所有透明物体排序
• 按从后往前的顺序绘制透明物体

对场景物体排序，可以通过从观察者视角来获取物体的距离，即计算物体到摄像机的距离。下面我们会用距离和它对应的位置向量存储到STL库的map数据结构中，map会自动根据键值进行排序，所以我们需要把距离作为键，根据distance键值从低到高储存了每个窗户的位置

std::map<float, glm::vec3> sorted;
for (unsigned int i = 0; i < windows.size(); i++)
{float distance = glm::length(camera.Position - windows[i]);sorted[distance] = windows[i];
}

之后，我们会逆向（从远到近）从map中取值，绘制透明窗户。使用了map的一个反向迭代器(Reverse Iterator)

for(std::map<float,glm::vec3>::reverse_iterator it = sorted.rbegin(); it != sorted.rend(); ++it) 
{model = glm::mat4();model = glm::translate(model, it->second);              shader.setMat4("model", model);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
}

对场景物体排序很困难且开销很大，可以考虑更加高级的技术“次序无关透明度”

面剔除

对于看不见的面就不要绘制，避免浪费，能省下超过50%的片段着色器执行数！

面剔除(Face Culling)：OpenGL能够检查所有面向(Front Facing)观察者的面，并渲染它们，而丢弃那些背向(Back Facing)的面，节省我们很多的片段着色器调用（它们的开销很大！），但我们仍要告诉OpenGL哪些面是正向面(Front Face)，哪些面是背向面(Back Face)，可以通过分析顶点数据的环绕顺序来判断。

一、环绕顺序

默认情况下，逆时针顶点所定义的三角形将会被处理为正向三角形。实际的环绕顺序是在光栅化阶段进行的，也就是顶点着色器运行之后。

在顶点数据中，我们将两个三角形都以逆时针顺序定义（正面的三角形是1、2、3，背面的三角形也是1、2、3（如果我们从正面看这个三角形的话））

二、面剔除

OpenGL的面剔除默认是禁用状态的，设置GL_CULL_FACE

glEnable(GL_CULL_FACE);

但注意这只对像立方体这样的封闭形状有效，对于透明度测试的草时，我们还需要看到背面，所以要禁用面剔除

OpenGL允许我们改变剔除的面的类型，调用 glCullFace() 来定义这一行为（初始值是GL_BACK）

• GL_BACK：只剔除背向面。
• GL_FRONT：只剔除正向面。
• GL_FRONT_AND_BACK：剔除正向面和背向面。

glCullFace(GL_FRONT);

OpenGL也允许我们设置正向面的绘制顺序，调用 glFrontFace() 可以改为顺时针，默认是GL_CCW逆时针，GL_CW是顺时针

glFrontFace(GL_CCW);