OpenGL で順序に依存しない透明性を実現するにはどうすればよいですか?

OpenGL での順序に依存しない透明度

3D グラフィックスを操作する場合、オブジェクトに透明な領域があることが望ましいことがよくあります。残念ながら、OpenGL でのアルファ ブレンディングのデフォルトの動作は、「順序依存性」として知られる問題を引き起こす可能性があります。これは、オブジェクトの透明度がレンダリングの順序に影響され、後で描画されたオブジェクトが先に描画されたオブジェクトよりも不透明に見えることを意味します。

解決策: Z ソートとマルチパス レンダリング

順序に依存しない透明性を実現するには、Z ソートとマルチパス レンダリングを組み合わせて使用​​できます。 Z ソートには、カメラからの深さに応じてシーン内のオブジェクトを配置することが含まれます。これにより、カメラに近いオブジェクトが、遠くにあるオブジェクトより前に描画されるようになります。

マルチパス レンダリングの場合、毎回異なるオブジェクトのサブセットを使用してシーンを複数回レンダリングします。通常、次の 3 つのパスがあります:

1. すべてのソリッド オブジェクトをレンダリングします。
2. Z 位置でソートされたすべての透明なオブジェクトをレンダリングします。
3. すべてのソリッド オブジェクトをレンダリングします。透明なオブジェクトによって残された穴を再度カバーします。

による Z ソート前面カリング

透明オブジェクトの Z ソートを実行するには、前面カリングと呼ばれる手法を使用します。デフォルトでは、OpenGL は背面のポリゴンをカリングします。これを利用するには、正面方向を設定して特定のオブジェクトのセットに対して背面ポリゴンを描画します。

たとえば、内側と外側のサーフェスを持つ透明なボックスを正しくレンダリングするには、次の操作を行うことができます。 :

1. 背面ポリゴンを使用してボックスの外面をレンダリングします(glFrontFace(GL_CW)).
2. ボックスの内面を背面ポリゴンでレンダリングします (glFrontFace(GL_CW)).
3. ボックスの内面を前面ポリゴンでレンダリングします(glFrontFace(GL_CCW)).
4. ボックスの外面をレンダリングします。正面を向いたポリゴン (glFrontFace(GL_CCW))。

このアプローチにより、シーン内の位置に関係なく、ボックスの内面が正しい順序でレンダリングされます。

シェーダー コードの例

以下はシェーダー プログラムの例です。マルチパス レンダリングを使用して順序に依存しない透明度を実装します。

// Vertex shader
in vec3 position;
in vec4 color;
in vec2 texCoord;

out vec4 fragColor;
out vec2 fragTexCoord;

void main() {
    fragColor = color;
    fragTexCoord = texCoord;
    gl_Position = vec4(position, 1.0);
}

// Fragment shader
in vec4 fragColor;
in vec2 fragTexCoord;

out vec4 outColor;

void main() {
    vec4 textureColor = texture2D(texture, fragTexCoord);
    outColor = fragColor * textureColor;
}

// C++ code
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);

glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glDepthFunc(GL_LESS);

// Render solid objects first
glDrawElements(...);

// Render transparent objects with Z-sorting
glEnable(GL_CULL_FACE);
glDepthFunc(GL_ALWAYS);

// Outer surface of transparent objects (back-facing)
glFrontFace(GL_CW);
glDrawElements(...);

// Inner surface of transparent objects (back-facing)
glFrontFace(GL_CW);
glDrawElements(...);

// Inner surface of transparent objects (front-facing)
glFrontFace(GL_CCW);
glDrawElements(...);

// Outer surface of transparent objects (front-facing)
glFrontFace(GL_CCW);
glDrawElements(...);

glDisable(GL_CULL_FACE);

// Render solid objects again to cover any holes
glDrawElements(...);

このアプローチに従うことで、OpenGL で順序に依存しない透明度を実現でき、さまざまなレベルの不透明度でオブジェクトをリアルにレンダリングできます。

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