OpenGL入門學習[九]
今天介紹關於OpenGL混合的基本知識。混合是一種常用的技巧，通常可以用來實現半透明。但其實它也是十分靈活的，你可以通過不同的設置得到不同的混合結果，產生一些有趣或者奇怪的圖象。
混合是什麼呢？混合就是把兩種顏色混在一起。具體一點，就是把某一像素位置原來的顏色和將要畫上去的顏色，通過某種方式混在一起，從而實現特殊的效果。
假設我們需要繪製這樣一個場景：透過紅色的玻璃去看綠色的物體，那麼可以先繪製綠色的物體，再繪製紅色玻璃。在繪製紅色玻璃的時候，利用“混合”功能，把將要繪製上去的紅色和原來的綠色進行混合，於是得到一種新的顏色，看上去就好像玻璃是半透明的。
要使用OpenGL的混合功能，只需要調用：glEnable(GL_BLEND);即可。
要關閉OpenGL的混合功能，只需要調用：glDisable(GL_BLEND);即可。
注意：只有在RGBA模式下，纔可以使用混合功能，顏色索引模式下是無法使用混合功能的。
一、源因子和目標因子
前面我們已經提到，混合需要把原來的顏色和將要畫上去的顏色找出來，經過某種方式處理後得到一種新的顏色。這裏把將要畫上去的顏色稱爲“源顏色”，把原來的顏色稱爲“目標顏色”。
OpenGL會把源顏色和目標顏色各自取出，並乘以一個係數（源顏色乘以的係數稱爲“源因子”，目標顏色乘以的係數稱爲“目標因子”），然後相加，這樣就得到了新的顏色。（也可以不是相加，新版本的OpenGL可以設置運算方式，包括加、減、取兩者中較大的、取兩者中較小的、邏輯運算等，但我們這裏爲了簡單起見，不討論這個了）
下面用數學公式來表達一下這個運算方式。假設源顏色的四個分量（指紅色，綠色，藍色，alpha值）是(Rs, Gs, Bs, As)，目標顏色的四個分量是(Rd, Gd, Bd, Ad)，又設源因子爲(Sr, Sg, Sb, Sa)，目標因子爲(Dr, Dg, Db, Da)。則混合產生的新顏色可以表示爲：
(Rs*Sr+Rd*Dr, Gs*Sg+Gd*Dg, Bs*Sb+Bd*Db, As*Sa+Ad*Da)
當然了，如果顏色的某一分量超過了1.0，則它會被自動截取爲1.0，不需要考慮越界的問題。
源因子和目標因子是可以通過glBlendFunc函數來進行設置的。glBlendFunc有兩個參數，前者表示源因子，後者表示目標因子。這兩個參數可以是多種值，下面介紹比較常用的幾種。
GL_ZERO： 表示使用0.0作爲因子，實際上相當於不使用這種顏色參與混合運算。
GL_ONE： 表示使用1.0作爲因子，實際上相當於完全的使用了這種顏色參與混合運算。
GL_SRC_ALPHA：表示使用源顏色的alpha值來作爲因子。
GL_DST_ALPHA：表示使用目標顏色的alpha值來作爲因子。
GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA：表示用1.0減去源顏色的alpha值來作爲因子。
GL_ONE_MINUS_DST_ALPHA：表示用1.0減去目標顏色的alpha值來作爲因子。
除此以外，還有GL_SRC_COLOR（把源顏色的四個分量分別作爲因子的四個分量）、GL_ONE_MINUS_SRC_COLOR、GL_DST_COLOR、GL_ONE_MINUS_DST_COLOR等，前兩個在OpenGL舊版本中只能用於設置目標因子，後兩個在OpenGL舊版本中只能用於設置源因子。新版本的OpenGL則沒有這個限制，並且支持新的GL_CONST_COLOR（設定一種常數顏色，將其四個分量分別作爲因子的四個分量）、GL_ONE_MINUS_CONST_COLOR、GL_CONST_ALPHA、GL_ONE_MINUS_CONST_ALPHA。另外還有GL_SRC_ALPHA_SATURATE。新版本的OpenGL還允許顏色的alpha值和RGB值採用不同的混合因子。但這些都不是我們現在所需要了解的。畢竟這還是入門教材，不需要整得太複雜~
舉例來說：
如果設置了glBlendFunc(GL_ONE, GL_ZERO);，則表示完全使用源顏色，完全不使用目標顏色，因此畫面效果和不使用混合的時候一致（當然效率可能會低一點點）。如果沒有設置源因子和目標因子，則默認情況就是這樣的設置。
如果設置了glBlendFunc(GL_ZERO, GL_ONE);，則表示完全不使用源顏色，因此無論你想畫什麼，最後都不會被畫上去了。（但這並不是說這樣設置就沒有用，有些時候可能有特殊用途）
如果設置了glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);，則表示源顏色乘以自身的alpha值，目標顏色乘以1.0減去源顏色的alpha值，這樣一來，源顏色的alpha值越大，則產生的新顏色中源顏色所佔比例就越大，而目標顏色所佔比例則減小。這種情況下，我們可以簡單的將源顏色的alpha值理解爲“不透明度”。這也是混合時最常用的方式。
如果設置了glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE);，則表示完全使用源顏色和目標顏色，最終的顏色實際上就是兩種顏色的簡單相加。例如紅色(1, 0, 0)和綠色(0, 1, 0)相加得到(1, 1, 0)，結果爲黃色。
注意：
所謂源顏色和目標顏色，是跟繪製的順序有關的。假如先繪製了一個紅色的物體，再在其上繪製綠色的物體。則綠色是源顏色，紅色是目標顏色。如果順序反過來，則紅色就是源顏色，綠色纔是目標顏色。在繪製時，應該注意順序，使得繪製的源顏色與設置的源因子對應，目標顏色與設置的目標因子對應。不要被混亂的順序搞暈了。
二、二維圖形混合舉例
下面看一個簡單的例子，實現將兩種不同的顏色混合在一起。爲了便於觀察，我們繪製兩個矩形：glRectf(-1, -1, 0.5, 0.5);glRectf(-0.5, -0.5, 1, 1);，這兩個矩形有一個重疊的區域，便於我們觀察混合的效果。
先來看看使用glBlendFunc(GL_ONE, GL_ZERO);的，它的結果與不使用混合時相同。
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_ONE, GL_ZERO);
glColor4f(1, 0, 0, 0.5);
glRectf(-1, -1, 0.5, 0.5);
glColor4f(0, 1, 0, 0.5);
glRectf(-0.5, -0.5, 1, 1);
glutSwapBuffers();
}
嘗試把glBlendFunc的參數修改爲glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);以及glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE);，觀察效果。第一種情況下，效果與沒有使用混合時相同，後繪製的圖形會覆蓋先繪製的圖形。第二種情況下，alpha被當作“不透明度”，由於被設置爲0.5，所以兩個矩形看上去都是半透明的，乃至於看到黑色背景。第三種是將顏色相加，紅色和綠色相加得到黃色。
三、實現三維混合
也許你迫不及待的想要繪製一個三維的帶有半透明物體的場景了。但是現在恐怕還不行，還有一點是在進行三維場景的混合時必須注意的，那就是深度緩衝。
深度緩衝是這樣一段數據，它記錄了每一個像素距離觀察者有多近。在啓用深度緩衝測試的情況下，如果將要繪製的像素比原來的像素更近，則像素將被繪製。否則，像素就會被忽略掉，不進行繪製。這在繪製不透明的物體時非常有用——不管是先繪製近的物體再繪製遠的物體，還是先繪製遠的物體再繪製近的物體，或者乾脆以混亂的順序進行繪製，最後的顯示結果總是近的物體遮住遠的物體。
然而在你需要實現半透明效果時，發現一切都不是那麼美好了。如果你繪製了一個近距離的半透明物體，則它在深度緩衝區內保留了一些信息，使得遠處的物體將無法再被繪製出來。雖然半透明的物體仍然半透明，但透過它看到的卻不是正確的內容了。
要解決以上問題，需要在繪製半透明物體時將深度緩衝區設置爲只讀，這樣一來，雖然半透明物體被繪製上去了，深度緩衝區還保持在原來的狀態。如果再有一個物體出現在半透明物體之後，在不透明物體之前，則它也可以被繪製（因爲此時深度緩衝區中記錄的是那個不透明物體的深度）。以後再要繪製不透明物體時，只需要再將深度緩衝區設置爲可讀可寫的形式即可。嗯？你問我怎麼繪製一個一部分半透明一部分不透明的物體？這個好辦，只需要把物體分爲兩個部分，一部分全是半透明的，一部分全是不透明的，分別繪製就可以了。
即使使用了以上技巧，我們仍然不能隨心所欲的按照混亂順序來進行繪製。必須是先繪製不透明的物體，然後繪製透明的物體。否則，假設背景爲藍色，近處一塊紅色玻璃，中間一個綠色物體。如果先繪製紅色半透明玻璃的話，它先和藍色背景進行混合，則以後繪製中間的綠色物體時，想單獨與紅色玻璃混合已經不能實現了。
總結起來，繪製順序就是：首先繪製所有不透明的物體。如果兩個物體都是不透明的，則誰先誰後都沒有關係。然後，將深度緩衝區設置爲只讀。接下來，繪製所有半透明的物體。如果兩個物體都是半透明的，則誰先誰後只需要根據自己的意願（注意了，先繪製的將成爲“目標顏色”，後繪製的將成爲“源顏色”，所以繪製的順序將會對結果造成一些影響）。最後，將深度緩衝區設置爲可讀可寫形式。
調用glDepthMask(GL_FALSE);可將深度緩衝區設置爲只讀形式。調用glDepthMask(GL_TRUE);可將深度緩衝區設置爲可讀可寫形式。
一些網上的教程，包括大名鼎鼎的NeHe教程，都在使用三維混合時直接將深度緩衝區禁用，即調用glDisable(GL_DEPTH_TEST);。這樣做並不正確。如果先繪製一個不透明的物體，再在其背後繪製半透明物體，本來後面的半透明物體將不會被顯示（被不透明的物體遮住了），但如果禁用深度緩衝，則它仍然將會顯示，並進行混合。NeHe提到某些顯卡在使用glDepthMask函數時可能存在一些問題，但可能是由於我的閱歷有限，並沒有發現這樣的情況。
那麼，實際的演示一下吧。我們來繪製一些半透明和不透明的球體。假設有三個球體，一個紅色不透明的，一個綠色半透明的，一個藍色半透明的。紅色最遠，綠色在中間，藍色最近。根據前面所講述的內容，紅色不透明球體必須首先繪製，而綠色和藍色則可以隨意修改順序。這裏爲了演示不注意設置深度緩衝的危害，我們故意先繪製最近的藍色球體，再繪製綠色球體。
爲了讓這些球體有一點立體感，我們使用光照。在(1, 1, -1)處設置一個白色的光源。代碼如下：
void setLight(void)
{
static const GLfloat light_position[] = {1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f};
static const GLfloat light_ambient[] = {0.2f, 0.2f, 0.2f, 1.0f};
static const GLfloat light_diffuse[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
static const GLfloat light_specular[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
每一個球體顏色不同。所以它們的材質也都不同。這裏用一個函數來設置材質。
void setMatirial(const GLfloat mat_diffuse[4], GLfloat mat_shininess)
{
static const GLfloat mat_specular[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
static const GLfloat mat_emission[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, mat_diffuse);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission);
glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);
}
有了這兩個函數，我們就可以根據前面的知識寫出整個程序代碼了。這裏只給出了繪製的部分，其它部分大家可以自行完成。
void myDisplay(void)
{
// 定義一些材質顏色
const static GLfloat red_color[] = {1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
const static GLfloat green_color[] = {0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.3333f};
const static GLfloat blue_color[] = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.5f};
// 清除屏幕
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// 啓動混合並設置混合因子
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
// 設置光源
setLight();
// 以(0, 0, 0.5)爲中心，繪製一個半徑爲.3的不透明紅色球體（離觀察者最遠）
setMatirial(red_color, 30.0);
glPushMatrix();
glTranslatef(0.0f, 0.0f, 0.5f);
glutSolidSphere(0.3, 30, 30);
glPopMatrix();
// 下面將繪製半透明物體了，因此將深度緩衝設置爲只讀
glDepthMask(GL_FALSE);
// 以(0.2, 0, -0.5)爲中心，繪製一個半徑爲.2的半透明藍色球體（離觀察者最近）
setMatirial(blue_color, 30.0);
glPushMatrix();
glTranslatef(0.2f, 0.0f, -0.5f);
glutSolidSphere(0.2, 30, 30);
glPopMatrix();
// 以(0.1, 0, 0)爲中心，繪製一個半徑爲.15的半透明綠色球體（在前兩個球體之間）
setMatirial(green_color, 30.0);
glPushMatrix();
glTranslatef(0.1, 0, 0);
glutSolidSphere(0.15, 30, 30);
glPopMatrix();
// 完成半透明物體的繪製，將深度緩衝區恢復爲可讀可寫的形式
glDepthMask(GL_TRUE);
glutSwapBuffers();
}
大家也可以將上面兩處glDepthMask刪去，結果會看到最近的藍色球雖然是半透明的，但它的背後直接就是紅色球了，中間的綠色球沒有被正確繪製。
小結：
本課介紹了OpenGL混合功能的相關知識。
混合就是在繪製時，不是直接把新的顏色覆蓋在原來舊的顏色上，而是將新的顏色與舊的顏色經過一定的運算，從而產生新的顏色。新的顏色稱爲源顏色，原來舊的顏色稱爲目標顏色。傳統意義上的混合，是將源顏色乘以源因子，目標顏色乘以目標因子，然後相加。
源因子和目標因子是可以設置的。源因子和目標因子設置的不同直接導致混合結果的不同。將源顏色的alpha值作爲源因子，用1.0減去源顏色alpha值作爲目標因子，是一種常用的方式。這時候，源顏色的alpha值相當於“不透明度”的作用。利用這一特點可以繪製出一些半透明的物體。
在進行混合時，繪製的順序十分重要。因爲在繪製時，正要繪製上去的是源顏色，原來存在的是目標顏色，因此先繪製的物體就成爲目標顏色，後來繪製的則成爲源顏色。繪製的順序要考慮清楚，將目標顏色和設置的目標因子相對應，源顏色和設置的源因子相對應。
在進行三維混合時，不僅要考慮源因子和目標因子，還應該考慮深度緩衝區。必須先繪製所有不透明的物體，再繪製半透明的物體。在繪製半透明物體時前，還需要將深度緩衝區設置爲只讀形式，否則可能出現畫面錯誤。
轉自http://www.cppblog.com/doing5552/archive/2009/01/08/71532.html