WebGL半透明物体的绘制

Posted 2021-11-26 edwardloveyou

WebGL 中当透明和半透明物体共存时，相关设置不正确的话，物体表面会出现破碎杂乱的断面，非常影响效果，我们接着就来解决这个问题。
完成的展示Demo请看: 半透明物体和透明物体共存

α 混合

让物体实现半透明效果需要用到颜色的α分量。该功能被称为a混合(alpha blending) 或 混合 blending，WebGL已经内置该功能，但需要开启，如果只设置了颜色的第四个分量 α 是看不到透明效果的，这第四分量α其实和 css 样式的 rgba / hsla 颜色模式 中的 α 是一样的，或者类似 opacity 属性。必须要执行下面两个步骤才能看到透明效果:

1. 开启混合功能：gl.enable(gl.BLEND)。
2. 指定混合函数：gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA)。

gl.blendFunc(src_factor, dst_factor)

a混合函数，指定如如何混合两者的颜色，权重因子的类型多种多样，参数：

• src_factor: 指定源颜色在混合颜色的权重因子，如下表所示
• dst_factor: 指定目标颜色在混合后颜色的权重因子，如下表所示

// 混合颜色计算公式： 
<混合后的颜色> = <源颜色> * src_factor + <目标颜色> * dst_factor

// 一般半透明效果常用如下形式
gl.blendFunc(gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA)

权重因子列表

(Rs,Gs,Bs,As) 表示源颜色各分量， (Rd,Gd,Bd,Ad) 表示目标颜色的各分量

常量	R分量的系数	G分量的系数	B分量的系数
gl.ZERO	0.0	0.0	0.0
gl.ONE	1.0	1.0	1.0
gl.SRC_COLOR	Rs	Gs	Bs
gl.ONE_MINUS_SRC_COLOR	1-Rs	1-Gs	1-Bs
gl.DST_COLOR	Rd	Gd	Bd
gl.ONE_MINUS_DST_COLOR	1-Rd	1-Gd	1-Bd
gl.SRC_ALPHA	As	As	As
gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA	1-As	1-As	1-As
gl.DST_ALPHA	Ad	Ad	Ad
gl.ONE_MINUS_DST_ALPHA	1-Ad	1-Ad	1-Ad
gl.SRC_ALPHA_SATUREATE	min(As,Ad)	min(As,Ad)	min(As,Ad)

透明和不透明物体共存

实现 a 混合最简单的方式是屏蔽掉隐藏面消除功能，即去掉 gl.enable(gl.DEPTH_TEST)，但关闭隐藏面消除功能是一个粗暴的解决方案，并不能满足实际需求。其实可通过某些机制，同时实现隐藏面消除和半透明效果，步骤如下：

//1.开启隐藏面消除功能:
gl.enable(gl.DEPTH_TEST)。

//2.绘制所有不透明的物体(a == 1.0)

//3.锁定深度缓冲区的写入操作，使之只读 (深度缓冲区用于隐藏面消除):
gl.depthMask(false);

//4.绘制所有半透明的物体 a < 1.0，注意将物体按深度排序，a 最小最先绘制

//5.释放深度缓冲区，使之可读可写: 
gl.depthMask(true)

gl.depthMask(mask)

锁定或释放深度缓冲区的写入操作

mask: 锁定深度缓冲区的写入操作 false，释放 true

实现效果

我们写个Demo来实际演示效果，比如我要绘制8个物体，其中前面4个是非透明的物体，即 α 分量值则为1，剩余物体的 α 分量分别从 0.1至0.4不等。

for (var i = 0; i < 8; i++) {
    let color = randomColor();
    color[3] = i > 3 ? (i - 3)/10 :1;// 透明物体 α 分量小于1，非透明物体则等于1
    
    Polygons.push({
        x: random(-9,9),
        y: random(0, 6),
        z: random(-5,5),
        color: color
    });
}

如果是绘制的物体队列是无序的，则必须手动排序。但我这里建立图形时已经排好序，前4个为不透明物体，剩余是透明物体，所以可直接按顺序绘制，针对是否为透明物体，分别设置缓冲区写入和隐藏面删除功能。

if(i < 4){ // 非透明物体
    gl.depthMask(true);
    gl.disable(gl.BLEND);
} else { //透明物体
    gl.depthMask(false);
    gl.enable(gl.BLEND);
    gl.blendFunc( gl.SRC_ALPHA, gl.ONE_MINUS_SRC_ALPHA );
}
drawBufferInfo(gl, vao);

最终完成效果请看：半透明物体和透明物体共存