半透明物体渲染总结

需要将半透明物体按照正确的顺序进行渲染，以便让它们的片元和远处已经绘制到color buffer中的片元颜色进行混合，从而达到半透明的效果。为了完成颜色的正确混合，所有半透明物体应该在不透明物体渲染完成之后进行渲染，且半透明物体之间应该是按照距离camera从远到近渲染。但是物体是若干三角形图元的集合，包含了很多的片元，无法针对片元进行排序。对于不透明物体可以通过深度测试解决，但是半透明物体确不能简单处理。

对于不透明物体，我们借助深度测试来解决像素的可见性问题。深度测试的时候我们比较当前片元的深度值和z buffer中的深度值，如果当前片元的深度值更小（离camera更近），则可以绘制当前片元，并且将z buffer中的深度值更新为当前片元的深度值。即使用深度测试解决可见性问题时，我们需要开启深度写入和深度测试，这两个功能是互相配合的。

在上面的渲染过程中，对于半透明物体，需要关闭深度写入，是有原因的。因为当半透明物体的片元渲染并且将深度值写入z buffer，就会导致它后面同一屏幕坐标，但深度值更大的片元通过不了深度测试而渲染不了。而这个片元可能本身是应该要渲染的。很多文章就说到这儿了，我们再深入分析一下，这个本该被渲染的片元来自哪儿。首先，按照上面描述的渲染顺序，不透明物体已经先于所有半透明物体渲染过了，所以不存在被半透明物体的深度写入影响的情况。那么对于半透明物体，有两种情况。一是两个半透明物体存在交叉的情况，这样无论怎么排序，这两个物体之间总有一些片元没有按照离camera从远到近的顺序渲染，此时如果近处的片元先渲染且写入深度，就会影响后面的片元。另外一种情况是，重叠的片元来自于同一个半透明物体。因为一个物体的图元是在一次draw call中一起提交给GPU进行渲染，GPU会并行处理若干图元，对于片元也是一样并行处理。这样对于同一个物体中的片元，不能确定哪个先画，哪个后画。

如果一个复杂的物体需要半透明显示出来，但是按照常规的方法，所有的三角形和片元都会被渲染，这样会产生很难看的重叠效果。此时我们可能要求只渲染能被camera看到的片元，但是整体还是需要和背景进行透明混合。可采用以下方法，分两个pass进行。

我们绘制物体时，一般会开启背面剔除，这一物体内部，背对摄像机的面是不会被绘制的。但是当绘制半透明物体时，有时我们可能希望要绘制内部的背对摄像机的面，因为物体是半透明的，这些面是可以被看到的。对于这种需求，我们采用双面渲染的方法，使用两个pass渲染。

最简单常见的混合就是半透明alpha混合，即 FinalColor = SrcColor * SrcAlpha + DstColor * （1-SrcAlpha) 该操作将当前片元的颜色部分叠加到color buffer该位置已有的颜色上。 混合公式是可配置的。首先是参数可配置，这里SrcAlpha以及1-SrcAlpha两个参数，可以替换成One,Zero,SrcColor,DstColor,DstAlpha,1-SrcColor,1-DstColor,1-DstAlpha等。 另外加法操作也可被替换为Sub, RevSub, Min, Max等。 有一种叫Alpha预乘的技术，常用于渲染2D图片，原理是预先将alpha值乘到图片像素颜色中，这样在上面公式的第一个参数就从SrcAlpha改成One。（第二个参数还是1-SrcAlpha)。该技术的作用可参考这篇文章。 对于混合公式和参数的设置还有常见的粒子特效的叠加，两个参数都使用One，所谓的additive混合。

Alpha Test即透明度测试，原本和半透明渲染没什么关系，只是它使用到了alpha值。这个不多说，就是在片元shader里面判断一下，alpha值小于某个阈值时丢弃该片元。Alpha Test从效果来说，可以实现镂空效果，但是边缘可能比较粗糙，镂空效果通过半透明也能实现且效果更好，因为边缘可以柔和一些。