OpenGL超级宝典学习笔记——反走样
OpenGL超级宝典学习笔记——反走样
反走样
OpenGL的混合还可以用于反走样。在绝大多数情况下，一个渲染片段映射到屏幕上的一个像素。在屏幕上的像素是一个小方格。被着色的像素和未被着色的像素区分非常地明显。在这种情况下，可能会产生锯齿。锯齿是计算机生成图像的严重缺陷，使得图像看起来不自然。
（没有开启反走样）
（开启了反走样）
为了消除图元的锯齿，OpenGL使用混合把像素的目标颜色与周边像素的颜色进行混合。在图元的边缘上，像素的颜色会稍微延伸到相邻的像素上。
开启反走样，首先要开启alpha混合。
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
当然还可以通过glBlendEquation来改变混合方程。默认情况下是混合方程被设置为GL_ADD. 然后选择开启点反走样，线反走样，多边形反走样。
glEnable(GL_POINT_SMOOTH); glEnable(GL_LINE_SMOOTH); glEnable(GL_POLYGON_SMOOTH);
在使用GL_POLYGON_SMOOTH的时候要注意，未必能够使实心几何图元的边缘变得平滑，要实现这个目的还需要一些其他的工作。对实心物体进行抗锯齿处理并不常用，而且在很大程度上被多重采样的方法替代。
示例程序（可以通过右键菜单来切换反走样模式）：
#include "gltools.h"
#include <math.h>
#include "math3d.h"
//屏幕的宽，高
#define SCREEN_X 800
#define SCREEN_Y 600
//大中小星星的数量
#define LARGE_NUM 20
#define MEDIUM_NUM 30
#define SMALL_NUM 40
//星星的坐标
M3DVector2f smallStars[SMALL_NUM];
M3DVector2f mediumStars[MEDIUM_NUM];
M3DVector2f largeStars[LARGE_NUM];
void ChangeSize(GLsizei w, GLsizei h)
{
if (h == 0)
h = 1;
glViewport(0, 0, w, h);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity(); //设置为2D的正投影,使得坐标从屏幕的左下角开始 gluOrtho2D(0.0, SCREEN_X, 0.0, SCREEN_Y);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glutPostRedisplay();
}
void SetupRC()
{
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
//随机获取星星的位置
for (int i = 0; i < SMALL_NUM; ++i)
{
smallStars[i][0] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_X);
smallStars[i][1] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_Y);
}
for (int i = 0; i < MEDIUM_NUM; ++i)
{
mediumStars[i][0] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_X);
mediumStars[i][1] = (GLfloat)((rand() % SCREEN_Y) + 50);
}
for (int i = 0; i < LARGE_NUM; ++i)
{
largeStars[i][0] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_X);
largeStars[i][1] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_Y);
}
}
void RenderScene()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
//画小星星
glPointSize(1.5);
glBegin(GL_POINTS);
for (int i = 0; i < SMALL_NUM; ++i)
glVertex2fv(smallStars[i]);
glEnd();
//画中等大小的星星
glPointSize(3.5);
glBegin(GL_POINTS);
for (int i = 0; i < MEDIUM_NUM; ++i)
{
glVertex2fv(mediumStars[i]);
}
glEnd();
//大星星
glPointSize(5.5);
glBegin(GL_POINTS);
for (int i = 0; i < LARGE_NUM; ++i)
{
glVertex2fv(largeStars[i]);
}
glEnd();
//画月亮
GLfloat angle = 0.0;
GLfloat xCircle = 650.0f;
GLfloat yCircle = 400.0f;
GLfloat r = 80.0f;
glBegin(GL_TRIANGLE_FAN);
glVertex2f(xCircle, yCircle);
for (angle = 0.0f; angle < 2.0f * 3.14159f; angle += 0.1f)
{
glVertex2f(xCircle + (float)cos(angle) * r, yCircle + (float)sin(angle) * r);
}
glVertex2f(xCircle + r, yCircle);
glEnd();
//星座连线
glLineWidth(3.0);
glBegin(GL_LINE_STRIP);
glVertex2f(0.0f, 50.0f);
glVertex2f(50.0f, 150.0f);
glVertex2f(100.0f, 20.0f);
glVertex2f(300.0f, 300.0f);
glVertex2f(450.0f, 100.0f);
glVertex2f(600.0f, 200.0f);
glVertex2f(800.0f, 30.0f);
glEnd();
glutSwapBuffers();
}
void ProcessMenu(int value)
{
switch (value)
{
case 1:
{ //开启混合
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
glEnable(GL_BLEND);
glEnable(GL_POINT_SMOOTH);
glHint(GL_POINT_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);
glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
glHint(GL_LINE_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);
glEnable(GL_POLYGON_SMOOTH);
glHint(GL_POLYGON_SMOOTH_HINT, GL_NICEST); break;
}
case 2:
{ //关闭混合
glDisable(GL_BLEND);
glDisable(GL_POINT_SMOOTH);
glDisable(GL_LINE_SMOOTH);
glDisable(GL_POLYGON_SMOOTH); break;
} default: break;
}
glutPostRedisplay();
}
int main(int args, char **argv)
{
glutInit(&args, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE);
glutInitWindowSize(SCREEN_X, SCREEN_Y);
glutCreateWindow("smoother");
//右键菜单
int menuID = glutCreateMenu(ProcessMenu);
glutAddMenuEntry("antialiasing", 1);
glutAddMenuEntry("normal", 2);
glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);
glutDisplayFunc(RenderScene);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
SetupRC();
glutMainLoop(); return 0;
}
多重采样
反走样可以是图元的边缘变得平滑，看起更加自然和逼真。点和线的平滑处理被广泛的支持，但是多边形的平滑处理并不是在所有的平台上都得到支持。即使GL_POLYGON_SMOOTH是可用的，但是使用起来没有你想象中的那么方便。因为是基于混合操作的，你需要对图元从前到后进行排序。
OpenGl增加了一个新特性 多重采样 （OpenGL1.3以上的版本） 来解决这个问题。
如果多重采样被支持的话，会在已经包含颜色、深度、模板值的帧缓冲区添加一个额外的缓冲区中。图元上的每一个像素会被多次采样，结果存储到这个缓冲区中。每次像素的更新，样本会被重新解析出一个值。当然，这会产生额外的内存和处理器的开销。
要使用多重采样，首先要获得一个支持多重采样缓冲区的渲染环境。在GLUT中可以在glutInitDisplayMode中，增加一个GLUT_MULTISAMPLE字段来获得一个多重采样的渲染环境。
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE｜GLUT_RGB | GLUT_DEPTH | GLUT_MULTISMAPLE);
开启或关闭多重采样：
glEnable(GL_MULTSAMPLE); glDisable(GL_MULTSAMPLE);
效果对比：
当开启多重采样时，点、线、多边形的平滑处理将会被忽略。即点、线、多边形的平滑处理不能和多重采样同时存在。在给定的OpenGL实现上，如果点和线的平滑处理效果会比多重采样效果更好。那可以先关闭多重采样，使用点和线的平滑效果，然后再开启多重采样用于处理实心图元的锯齿。
glEnable(GL_POINT_SMOOTH); glDisable(GL_MULTISAMPLE); //.. 画点 //.. glDisable(GL_POINT_SMOOTH); glEnable(GL_MULTISAMPLE);
如果没有设置多重采样的缓冲区，多重采样将不可用。
PS：打开或关闭OpenGL的特性会修改驱动程序的内部状态，这种状态的改变可能会对渲染的性能造成影响。为了提升性能，一般会把相同状态的绘制命令放在一起（状态排序）
多重采样缓冲区默认情况下使用片段的RGB值，不包含alpha值。可以用glEnable来改变。
GL_SAMPLE_ALPHA_TO_COVERAGE ——使用alpha值
GL_SAMPLE_ALPHA_TO_ONE —— 设置alpha值为1，并使用它。
GL_SAMPLE_COVERAGE——使用glSampleCoverage的设置。
当启用了GL_SAMPLE_COVERAGE时，glSampleCoverage函数指定了一个特定的值，它会和片段覆盖值进行与操作。
void glSampleCoverage(GLclampf value, GLboolean invert)；
具体的多重采样的效果和OpenGl的具体实现有关。
多重采样示例：
#include "gltools.h"
#include "math3d.h"
#include "glframe.h"
#include <math.h>
#define SPHERE_NUM 30
GLfloat fNoLight[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
GLfloat fLowLight[] = {0.25f, 0.25f, 0.25f, 1.0f};
GLfloat fBrightLight[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
GLfloat fLightPos[4] = {-100.0f, 100.0f, 50.0f, 1.0f};
GLFrame camara;
GLFrame sphere[SPHERE_NUM];
M3DMatrix44f mShadowMatrix; void SetupRC()
{
glClearColor(fLowLight[0], fLowLight[1], fLowLight[2], fLowLight[3]);
M3DVector3f vPoints[3] = {{0.0f, -0.4f, 0.0f},
{ 10.0f, -0.4f, 0.0f }, { 5.0f, -0.4f, -5.0f} };
int iSphere;
//剔除多边形背面
glCullFace(GL_BACK);
glFrontFace(GL_CCW);
glEnable(GL_CULL_FACE);
glEnable(GL_DEPTH);
//设置光照
glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, fNoLight);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, fLowLight);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, fBrightLight);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, fBrightLight);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
//用平面上的3个点来取得平面的矩阵
M3DVector4f vPlaneEquation;
m3dGetPlaneEquation(vPlaneEquation, vPoints[0], vPoints[1], vPoints[2]);
//计算投影矩阵
m3dMakePlanarShadowMatrix(mShadowMatrix, vPlaneEquation, fLightPos);
//开启颜色追踪
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
glColorMaterial(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);
glMateriali(GL_FRONT, GL_SHININESS, 128);
//随机产生球体的位置
for (iSphere = 0; iSphere < SPHERE_NUM; iSphere++)
{
sphere[iSphere].SetOrigin((float)(((rand() % 400) - 200) * 0.1f), 0.0f,
(float)((rand() % 400) - 200) * 0.1f);
}
//开启多重采样，默认是开启的
glEnable(GL_MULTISAMPLE);
}
void DrawGround()
{
GLfloat fExtent = 20.0f;
GLfloat step = 1.0f;
GLfloat y = -0.4f;
GLfloat x, z; for (x = -fExtent; x <= fExtent; x += step)
{
glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP);
glNormal3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); for (z = fExtent; z >= -fExtent; z -= step)
{
glVertex3f(x, y, z);
glVertex3f(x + step, y, z);
}
glEnd();
}
}
void DrawInhabitants(GLint nShadow)
{
static GLfloat yRot = 0.0f;
GLint i;
//判断是否是阴影
if (nShadow == 0)
{
yRot += 0.5f;
glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
} else {
glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
}
//画球体
for (i = 0; i < SPHERE_NUM; i++)
{
glPushMatrix();
sphere[i].ApplyActorTransform();
glutSolidSphere(0.3f, 17, 9);
glPopMatrix();
}
glPushMatrix();
//平移
glTranslatef(0.0f, 0.1f, -2.5f);
if (nShadow == 0)
{
glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
}
//旋转的球体
glPushMatrix();
glRotatef(-yRot * 2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glTranslatef(1.0f, 0.0f, 0.0f);
glutSolidSphere(0.1f, 17, 9);
glPopMatrix();
//非阴影，开启镜面全反射
if (nShadow == 0)
{
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, fBrightLight);
}
//画花环
glRotatef(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
gltDrawTorus(0.35, 0.15, 61, 37);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, fNoLight);
glPopMatrix();
}
void RenderScene()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glPushMatrix();
//应用照相机变换
camara.ApplyCameraTransform();
//设置光源位置
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, fLightPos);
//地面颜色
glColor3f(0.6f, 0.4f, 0.1f);
//画地面
DrawGround();
//画阴影, 关闭光照
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glDisable(GL_LIGHTING);
glPushMatrix();
//乘以阴影矩阵
glMultMatrixf(mShadowMatrix);
DrawInhabitants(1);
glPopMatrix();
//开启光照
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
DrawInhabitants(0);
glPopMatrix();
glutSwapBuffers();
}
void ChangeSize(GLsizei w, GLsizei h)
{
if (h == 0)
h = 1;
glViewport(0, 0, w, h);
GLfloat faspect = (GLfloat)w/(GLfloat)h;
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(35.0f, faspect, 1.0f, 50.0f);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glutPostRedisplay();
}
void TimerFunc(int value)
{
glutPostRedisplay();
glutTimerFunc(10, TimerFunc, 1);
}
void ProcessMenu(int value)
{
if (value == 1)
{
glEnable(GL_MULTISAMPLE);
} else {
glDisable(GL_MULTISAMPLE);
}
glutPostRedisplay();
}
int main(int args, char **argv)
{
glutInit(&args, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE | GLUT_MULTISAMPLE);
glutInitWindowSize(800, 600);
glutCreateWindow("multisample");
glutDisplayFunc(RenderScene);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutTimerFunc(30, TimerFunc, 1);
SetupRC();
int menuID = glutCreateMenu(ProcessMenu);
glutAddMenuEntry("enable multisample", 1);
glutAddMenuEntry("disable multisample", 2);
glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);
glutMainLoop();
return 0;
}
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