D3D 9 通过 Alpha 测试与 Alpha 混合随意控制纹理透明度

时间：2015-12-01 16:27:33 阅读：251 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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网上不怎么见得到关于 D3D 9 的技术文章了，笔者最近在写一个 2D 的功能，希望通过某些设置来随意控制一张 2D 纹理贴图的透明度，网上找来找去，所有的文章，要不就是照抄市面教材，要么是照抄官方文档，稍微好一点的，就是在官方教材的基础上增加中文翻译，哎哟我去，找了两天啊，功能是实现了，可是心中的疑惑一直挥之不去，为啥？因为我的代码是照抄的啊，我只知道这样子设置可以得到这样子的效果，但是我特么不知道为啥啊，我特么要是下次再遇到同样的问题，我是不是又要再去抄一次代码？

好了，牢骚就发到这里吧，先来说一说本文的核心问题 —— 在 Direct3D 9 里面，如何通过控制顶点的 Diffuse 中的 Alpha 分量实现纹理的任意透明度；

用 D3D 做 2D，普遍的习惯就是用 4 个顶点来绘制一个矩形，随后设置上贴图，这样子一个最简单的 Sprite 就完成了，顶点格式我们可以这样子定义：

1 struct D3D9VERTEX2D {
2     float x, y, z, rhw;
3     DWORD diffuse;
4     float u, v;
5 };

因为图片文件自身哪怕带有 Alpha 数据，其 Alpha 值也是固定的，我们需要一种手段，在游戏运行过程中随意控制纹理的透明度，笔者自己习惯的做法就是通过控制四个顶点的 diffuse 中的 alpha 值来实现透明度控制，笔者把顶点的 diffuse 值默认被初始化为 0xFFFFFFFF，也就是 D3DCOLOR_ARGB( 255, 255, 255, 255 )，但是单纯控制透明度还不行，我们还要考虑镂空效果，以表现出要镂空的地方镂空，不需要镂空的地方，则是按照我们的意图随意控制透明度，效果如下图所示：

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上图中，妹子是背景图（笑），前景图是中间那个粉红色的球，球原本是一张 png 图片，自身带有 alpha 通道，可以实现镂空，但是球的透明度，就需要通过 alpha blend 来额外实现；

要实现这个功能，我们需要设置三种类型的参数，分别是：Alpha Blend、Alpha Test 以及 Texture Stage State，中文不好翻译，直接上英文（笑）；

首先是 Alpha Blend，这点很多人都知道，就是一条公式：

output_color = ( src_color * src_alpha ) + ( dest_color * ( 1 - src_alpha ) )

设置的方法也很简单，就是 SetRenderState 打开 D3DRS_ALPHABLENDENABLE，设置 D3DRS_SRCBLEND 为 D3DBLEND_SRCALPHA，设置 D3DRS_DESTBLEND 为 D3DBLEND_INVSRCALPHA，至于中间那个加号，则是设置 D3DRS_BLENDOP 为 D3DBLENDOP_ADD，代码如下：

1 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE );
2 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_BLENDOP, D3DBLENDOP_ADD );
3 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA );
4 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_INVSRCALPHA );

问题来了，公式中的两个 color 以及一个 alpha 参数哪里来？？

兴许有人说 dest_color 就是帧缓存中的颜色数据，那 src_color 和 src_alpha 又是哪里来呢？？答不出来了吧。

答案就是 —— 从纹理层（Texture Stage）运算结果得来的；

接下来我们看看 Texture Stage 是怎么设置的：

1 d3d9_device->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_COLOROP, D3DTOP_MODULATE );
2 d3d9_device->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_COLORARG1, D3DTA_TEXTURE );
3 d3d9_device->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_COLORARG2, D3DTA_CURRENT );
4 
5 d3d9_device->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_ALPHAOP, D3DTOP_MODULATE );
6 d3d9_device->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_ALPHAARG1, D3DTA_DIFFUSE );
7 d3d9_device->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_ALPHAARG2, D3DTA_TEXTURE );

这六句代码是什么意思？？

聪明的人已经看出来了，前三句代码负责生成 Alpha Blend 要用到的 src_color，而后三句代码，则是负责生成 src_alpha；

我们都知道，Texture Stage 主要有两部分组成 —— 颜色成分运算与 alpha 成分运算，每一层都遵循下面两条公式，来产生输出给下一层的颜色数据以及 alpha 数据：

color = color_arg1 op color_arg2

alpha = alpha_arg1 op alpha_arg2

我们先来看看上面第一条公式如何生成颜色数据，color_arg1 被设置为来自纹理，color_arg2 被设置为来自上一层的颜色值，如果该层处于第 0 层，则 color_arg2 相当于顶点的 diffuse 通过 Gouraud shading 运算之后的结果，我们这里可以近似的看成是顶点的 diffuse 值就可以了，而 op 被设置为乘法运算符，对于一张 png 图片，因为我们的 diffuse 已经预设为 0xFFFFFF，这个值会在 D3D 内部运算时被插值为 (1.0, 1.0, 1.0 )，所以实际上进行的是浮点数运算，因为 1.0 乘以颜色值，其结果都是颜色值自身，所以输出的 color 就是纹理自身的颜色值；

再来看看上面第二条公式如何生成 alpha 数据，alpha_arg1 被设置为来自顶点的 diffuse，alpha_arg2 被设置为来自纹理，op 则被设置为乘法运算符，对于一张 png 图片，镂空部分的 alpha 值为 0，0 乘以任何数都是 0，所以镂空部分永远都镂空，而非镂空部分，alpha 值不为 0，乘以纹理的 alpha 值，结果取决于纹理自身的 alpha 值，但是我们通过 D3DXCreateTextureFromFileEx( ) 创建纹理的时候，纹理中所有非镂空部分的 alpha 值都被自动填充为 0xFF，也就是 1.0，所以运算结果就是 diffuse 的 alpha 值；

就是这样，上面两条公式产生的 color，其实就是纹理自身的 color，而产生的 alpha，其实就是 diffuse 的 alpha，这样子，我们就可以通过设置顶点的 diffuse 的 alpha 值，来随意控制纹理的透明度了；

为了验证一下上述说法，我们举个例子吧：

假设我们要加载一张 png 图片作为纹理，纹理的镂空部分像素值被自动填充为 0x00RRGGBB，非镂空部分被填充为 0xAARRGGBB，其中 AA RR GG BB 就是纹理自身的颜色数据以及 alpha 数据，随后我们把自己定义的顶点的 diffuse 值设置为 0xDDFFFFFF，其 alpha 值为 0xDD，而颜色值则为 0xFFFFFF；

接下来根据上面 Texture Stage 中的设置，将会分别求出颜色与 alpha 的值：

颜色值为 0xRRGGBB * 0xFFFFFF，因为被 D3D 内部插值为浮点数，所以其实是 ( RR / 255, GG / 255, BB / 255 ) * ( 1.0, 1.0, 1.0 )，其结果就是纹理自身的颜色值，也就是 0xRRGGBB；

alpha 值有两种情况，镂空和非镂空，两种情况的结果分别为 0x00 * 0xAA 与 0xDD* 0xAA，也就是 0x00 与 0xDD，其中 0xDD 就是我们 diffuse 中设置的 alpha 值；

接下来生成的颜色值与 alpha 会参与 alpha blend 运算，套用最上面的第一个公式，依旧有两种情况，分别是镂空与非镂空：

output = ( 0xRRGGBB * 0.0f ) + ( dest_color * ( 1.0f - 0.0f ) )

output = ( 0xRRGGBB * ( 0xDD/ 255 ) ) + ( dest_color * ( 1.0f - ( 0xDD / 255 ) )

第一条公式为镂空，生成的值固定是 dest_color，也就是背景图的颜色，第二条公式为非镂空，生成的值就是经过 alpha blend 的颜色值；

好了，随意控制纹理的透明度是搞定了，最后我们还要打开 Alpha Test，让 D3D 为我们进行镂空，Alpha Test 设置如下：

1 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_ALPHATESTENABLE, TRUE );
2 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_ALPHAFUNC, D3DCMP_GREATER );
3 d3d9_device->SetRenderState( D3DRS_ALPHAREF, 0x00 );

上面三句代码意思很简单 —— 任何将要被渲染的像素，如果其 alpha 值大于 0，就进行渲染，否则，不予以渲染；

OK，搞定，上面的代码除了可以任意控制透明度，还可以控制纹理的色调，同样通过修改顶点的 diffuse 值，如果我们把 diffuse 设置为 D3DCOLOR_ARGB( 200, 255, 0, 0 )，就可以得到一个透明的红色色调的小球：

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