CN102509335B - 基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法及装置。该方法包括：启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元；图形处理单元对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；显示设备根据所述帧缓存区的处理结果，进行图形显示。本发明只需一张图或不要图，但物体模型要有颜色，也不需要不断地更改获取的等同原始纹理图像的纹理数据去重新产生纹理对象快速替换物体模型已绑定的纹理对象，从而节约了存储空间，大大节约了内存占用量，降低了CPU占用率。

Description

基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置及方法

技术领域

本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种基于OpenGL的透明/半透明图像显示处理装置及方法。

背景技术

近年来，电视技术IT(Information Technology，信息技术)化的趋势越来越明显，OpenGL(Open Graphics Library)等3D图形技术逐步引入到电视的用户界面开发中，3D图形技术的引入，使得用户有了更加完美的电视操作体验。为了更好的3D操作界面体验，3D操作界面上的模型，物体等可能要求半透明或全透明，运动过程中渐变透明或逐渐消失掉。

实现透明半透明效果，在OpenGL中，利用其混合功能，可以使用多边形点画模式模拟半透明的材料。多边形的点画模式的大小是32X32位，因此可以在透明和不透明之间实现1023种不同的半透明效果。对于那些不支持混合硬件的系统，这是一种非常有效的解决方案。但是，这种方法支持的大小固定，半透明效果也有限，并且程序运行后只能用于一个面上，对3D模型而言就无可奈何了。

后来，人们通过逆向思维，改变纹理图像来达到透明/半透明显示的目的。一种解决方案就是制作符合要求的带alpha半透明通道的半透明图片材料。另一种解决方案是在产生纹理对象前，对取得的等同原始纹理图像的纹理数据进行处理。对于透明度不变的情况，做一张符合要求效果透明度的图不难，内存消耗也不大，CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)的占用率也低。但对于透明度不断变化的情况，只能采用一系列透明度不同的图片或不断地更改获取的等同原始纹理图像的纹理数据去重新产生纹理对象快速替换物体模型已绑定的纹理对象。显然，这两种解决方案要么占用资源及内存过多，要么占用CPU过多。因此，设计一种纹理图片占用资源量少，内存使用少，CPU占用率低的算法成为必须解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法，旨在节约CPU的内存，降低CPU的占用率。

本发明提供了一种基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法，包括以下步骤：

中央处理单元启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；

中央处理单元根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元；

图形处理单元对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；

显示设备根据所述帧缓存区的处理结果，进行图形显示；

其中，所述启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息的步骤具体包括：

加载物体模型顶点数据；

加载纹理图像数据，生成纹理对象；

初始化光照信息；

加载着色器程序，生成着色器程序对象；

所述根据预置规则，计算物体模型的alpha透明因子的步骤具体为：

若物体模型为静态，则alpha透明因子为预置alpha值；

若物体模型为动态，则alpha透明因子根据变换公式有规则地变化。

优选地，所述图形处理单元对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区的步骤具体包括：

根据应用程序初始化信息及物体模型的位置状态信息，进行位置及光照变换处理，并对进行位置及光照变换处理后的数据进行光栅化，形成像素点信息；

根据alpha透明因子，对光栅化处理后的像素点信息进行颜色处理，生成图像片段信息，将所述图像片段与原有的片段进行片段测试及混合，生成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

优选地，所述片段测试包括裁剪测试、alpha测试、模板测试、深度测试。

本发明还提供了一种基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置，包括中央处理单元、图形处理单元及显示单元，其中：

中央处理单元，用于启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；还用于根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元；

图形处理单元，用于对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；

显示设备，用于根据所述帧缓存区的处理结果，进行图形显示。

其中，所述中央处理单元在初始化OpenGL时具体用于：

加载物体模型顶点数据；

加载纹理图像数据，生成纹理对象；

初始化光照信息；

加载着色器程序，生成着色器程序对象；

优选地，所述中央处理单元在计算alpha透明因子时，具体用于：

若物体模型为静态，则alpha透明因子为预置alpha值；

若物体模型为动态，则alpha透明因子根据变换公式有规则地变化。

优选地，所述图形处理单元具体包括：

顶点着色单元，用于根据应用程序初始化信息及物体模型的位置状态信息，进行位置及光照变换处理；

光栅处理单元，用于对位置及光照变换后的数据，进行光栅化，形成像素点信息；

片段着色单元，用于根据alpha透明因子，对光栅化处理后的像素点信息进行颜色处理，并生成图像片段信息；

混合处理单元，用于将所述图像片段信息与原有的片段信息进行片段测试及混合，生成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

优选地，所述片段测试包括裁剪测试、alpha测试、模板测试、深度测试。

本发明通过启动OpenGL应用程序后，计算alpha透明因子，再将初始化信息与alpha透明因子发送至图形处理单元GPU处理，从而使GPU根据该alpha透明因子控制物体模型透明度的作用。因此，不需要多张纹理图片资源，只需一张图或不要图，但物体模型要有颜色，也不需要不断地更改获取的等同原始纹理图像的纹理数据去重新产生纹理对象快速替换物体模型已绑定的纹理对象，从而节约了存储空间，大大节约了内存占用量，降低了CPU占用率。

附图说明

图1是本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法一实施例的流程示意图；

图2是本发明中图形处理单元对应用程序初始化信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至缓存区的流程示意图；

图3是本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置一实施例的结构示意图；

图4是本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置中图形处理单元的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法一实施例的流程示意图。

参照图1，本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法包括以下步骤：

步骤S110、启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；

中央处理单元CPU将启动OpenGL应用程序，对其进行初始化，并加载设置应用程序初始化信息。例如，初始化OpenGL运行环境，建立显示区域，设置观察点，加载物体模型的信息等等。

步骤S110具体包括：

(1)加载物体模型顶点数据；

由于物体模型均可以通过顶点数据进行描述，例如三角形由三个顶点就可构成。该顶点数据为三维的空间数据，例如(x、y、z)中，x表示X坐标上的位置，y表示Y坐标上的位置，z表示Z坐标上的位置。通过加载物体模型的顶点数据，则可以建立一物体模型。

(2)加载纹理图像数据，生成纹理对象；

物体模型仅表示物体的形状，而物体表面的微观细节则需要通过纹理图像或是表面颜色来实现。纹理是矩形的图像数据数组，把纹理映射到物体模型的表面区域，称为纹理贴图或纹理映射。通过加载纹理图像数据，可生成纹理对象，该纹理对象为指向纹理的一个唯一句柄。

(3)初始化光照等信息；

初始化光源的颜色、位置及光照类型等信息。光源的颜色可以通过色温及显色指数来设置，色温表示灯光本身的色外观，显色指数表示光源对物体颜色呈现的程度。光源处于不同的位置，其物体显示的效果也不同。光照类型则包括环境光、散射光、镜面光和辐射光等。通过对光照信息的设置，可以使得物体产生不同的显示效果。

(4)加载着色器程序，生成着色器程序对象。

将已经编辑好的着色器程序加载至OpenGL中，且生成着色器程序对象，例如顶点着色器、片段着色器等等。

在这里需要说明的是，本实施例中OpenGL应用程序的初始化，还可以根据具体情况进行其他信息的初始化，例如初始化雾的颜色、计算方式、浓度、起始、终止等信息。

步骤S120、根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元；

物体模型的位置状态信息可以表示物体模型的位置，及处于动态或静态，以供图形处理单元根据其位置状态信息，进行相应的位置变换。物体模型的alpha透明因子用于显示物体模型的透明显示，处于0至1之间。当alpha透明因子为0时，则表示物体模型完全透明；当alpha透明因子为1时，则表示物体模型完全不透明。

根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子：

(1)若物体模型为静态时，则物体模型的位置状态信息不变，物体模型的alpha透明因子为预先设置的alpha透明因子；

当物体模型为静态时，其最先建立模型时预先设置其alpha透明因子，例如该alpha透明因子为0.5，则其物体模型的alpha透明因子一直为0.5。

(2)若物体模型为动态时，则物体模型的位置状态将发生改变，计算位置发生变化后物体模型的位置信息，物体模型的alpha透明因子根据变换公式进行规则变化。

例如，若物体模型需要其透明度从完全不透明到完全透明进行五次变化，则物体模型的alpha透明因子的变换公式为alpha_n＝1-1/5*n，其中n为0，1，2，3，4。具体地说，第一次物体模型显示时其透明度为完全不透明，第二次物体模型显示时其以透明因子为0.8的状态透明显示，第五次物体模型显示时其以透明因子为0.2的状态透明显示。

步骤S130、图形处理单元对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；

参照图2，步骤S130进一步包括：

步骤S131、根据应用程序初始化信息及物体模型的位置状态信息，进行位置及光照变换处理，并对其进行光栅化，形成像素点信息；

首先将应用程序初始化信息中物体模型的顶点数据进行位置变换，转换为以观察点为基点的顶点数据，将光照信息进行光照变换，并将其进行光栅化，通过计算将物体模型的图形转换为像素点信息。

其次将应用程序初始化信息中纹理图像数据映射至相应的像素点上。

步骤S132、根据alpha透明因子，对光栅化处理的像素点信息进行颜色处理，生成图像片段信息；

每个像素点上的颜色由R(Red)、G(Green)、B(Blue)、A(Alpha)四个值来表示，R、G、B、A四个值的范围均为0.0～1.0，如果某颜色的分量越大，则对应的颜色分量越亮，如果某颜色的分量越小，则对应的颜色分量越暗。此处，根据alpha透明因子，可以对光栅化处理的像素点信息在相应的像素点上进行颜色处理，生成最终的像素点颜色，并生成图像片段信息。

步骤S133、将所述图像片段信息与原有的片段信息进行片段测试及混合，生成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

首先将所生成的片段与原有的片段进行片段测试，再将其进行混合，形成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

该片段测试可包括：

(1)裁剪测试

裁剪测试用于限制图形的绘制区域。预先设置一个矩形的裁剪窗口，进行裁剪测试时，只有在该裁剪窗口以内的像素点才能被绘制，则其他的像素点均会被丢弃。

(2)alpha测试

可以预先设置一alpha值，则当进行alpha测试时，只有像素点的alpha值满足条件的像素点才能通过，才可以进行绘制；否则不可以进行绘制。该条件可以包括：始终通过、始终不通过、大于alpha设定值则通过、小于alpha设定值则通过、等于alpha设定值则通过、大于或等于alpha设定值则通过、小于等于alpha设定值则通过、不等于alpha设定值则通过。

例如，所生成的片段大部分都是透明的，则可以在片段中需要透明的地方的alpha值设置为0.0，不需要透明的地方的alpha值设置为1.0，然后再设置alpha测试的通过条件为“大于0.5则通过”。则通过alpha测试后即可表示该片段。

(3)模板测试

模板测试是先清除模板缓冲区，并且设置一个值，设置模板比较函数以及模板测试通过和失败时模板值如何变化的行为。只有通过了模板测试的像素值才会被绘制，否则不可进行绘制，比较条件包括：始终通过、始终不通过、大于设定值则通过、小于设定值则通过、等于设定值则通过、大于或等于设定值则通过、小于等于设定值则通过、不等于设定值则通过。测试通过或失败模板值变化情况包括：增加、减小、不变。

(3)深度测试

深度是指像素点与观察点之间的距离。可以预先设置一深度值，当像素点的深度值与该预设的深度值进行比较，满足条件时则通过深度测试。该条件包括：始终通过、始终不通过、大于预设的深度值则通过、小于预设的深度值则通过、等于预设的深度值则通过、大于或等于预设的深度值则通过、小于等于预设的深度值则通过、不等于预设的深度值则通过。

步骤S140、显示单元根据所述帧缓存区的处理结果，进行图形显示。

显示单元根据输出至所述帧缓存区的图像信息，进行图形显示。

在这里需要说明的是，若中央处理单元CPU退出显示程序，则结束本流程；若中央处理单元CPU不退出显示程序，则返回步骤S120，重新计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，图形处理单元GPU根据物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行相应的处理，生成图像信息，供显示单元进行图形显示。

本发明实施例通过启动OpenGL应用程序后，计算alpha透明因子，再将初始化信息与alpha透明因子发送至图形处理单元GPU处理，从而使GPU根据该alpha透明因子控制物体模型透明度的作用。因此，不需要多张纹理图片资源，只需一张图或不要图，但物体模型要有颜色，也不需要不断地更改获取的等同原始纹理图像的纹理数据去重新产生纹理对象快速替换物体模型已绑定的纹理对象，从而节约了存储空间，大大节约了内存占用量，降低了CPU占用率。

图3是本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置一实施例的结构示意图。

参照图3，本发明基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置包括：

中央处理单元110，用于启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；还用于根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元120；

图形处理单元120，用于对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；

显示单元130，用于根据帧缓存区的处理结果，进行图形显示。

中央处理单元110启动OpenGL应用程序，对其进行初始化，并加载设置应用程序初始化信息。例如，初始化OpenGL运行环境，建立显示区域，设置观察点，加载物体模型的信息。该物体模型的信息可包括物体模型顶点数据、纹理图像数据、光照信息及着色器程序等等。然后，中央处理单元110根据预置规则，计算物体模型的alpha透明因子，然后将其与应用程序初始化信息发送至图形处理单元(Graphic Processing Unit，GPU)120。该图形处理单元120为对应用程序初始化信息及alpha透明因子进行处理，生成最终图像信息，输出至帧缓存区。显示单元130则根据帧缓存区中的最终图像信息，进行图形显示。

本发明实施例通过启动OpenGL应用程序后，计算alpha透明因子，再将初始化信息与alpha透明因子发送至图形处理单元GPU处理，从而使GPU根据该alpha透明因子控制物体模型透明度的作用。因此，不需要多张纹理图片资源，只需一张图或不要图，但物体模型要有颜色，也不需要不断地更改获取的等同原始纹理图像的纹理数据去重新产生纹理对象快速替换物体模型已绑定的纹理对象，从而节约了存储空间，大大节约了内存占用量，降低了CPU占用率。

参照图4，上述图形处理单元120进一步包括：

顶点着色单元121，用于根据应用程序初始化信息及物体模型的位置状态信息，进行位置及光照变换处理；

光栅处理单元122，用于对位置及光照变换后的数据，进行光栅化，形成像素点信息；

片段着色单元123，用于根据alpha透明因子，对光栅化处理后的像素点信息进行颜色处理，并生成图像片段信息；

混合处理单元124，将所述图像片段信息与原有的片段信息进行片段测试及混合，生成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

首先顶点着色单元121将应用程序初始化信息中物体模型的顶点数据进行位置变换，转换为以观察点为基点的顶点数据，再将光照信息进行光照变换，并通过光栅处理单元122将其进行光栅化，通过计算将物体模型的图形转换为像素点信息，并将应用程序初始化信息中纹理图像数据映射至相应的像素点上。然后，片段着色器123再根据alpha透明因子，对光栅化处理的像素点进行颜色处理，并生成片段。混合处理单元124将片段着色器123生成的图像片段信息与原有的片段信息进行片段测试，再将其进行混合，形成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区，以供显示单元130进行图形显示。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于OpenGL的透明/半透明显示处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

中央处理单元启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；

中央处理单元根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元；

图形处理单元对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；

显示设备根据所述帧缓存区的处理结果，进行图形显示；

其中，所述启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息的步骤具体包括：

加载物体模型顶点数据；

加载纹理图像数据，生成纹理对象；

初始化光照信息；

加载着色器程序，生成着色器程序对象；

所述根据预置规则，计算物体模型的alpha透明因子的步骤包括：

若物体模型为静态，则alpha透明因子为预置alpha值；

若物体模型为动态，则alpha透明因子根据变换公式有规则地变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图形处理单元对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区的步骤具体包括：

根据应用程序初始化信息及物体模型的位置状态信息，进行位置及光照变换处理，并对进行位置及光照变换处理后的数据进行光栅化，形成像素点信息；

根据alpha透明因子，对光栅化处理后的像素点信息进行颜色处理，生成图像片段信息，将所述图像片段信息与原有的片段信息进行片段测试及混合，生成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述片段测试包括裁剪测试、alpha测试、模板测试、深度测试。

4.一种基于OpenGL的透明/半透明显示处理装置，其特征在于，包括中央处理单元、图形处理单元及显示单元，其中：

中央处理单元，用于启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息；还用于根据预置规则，计算物体模型的位置状态信息及alpha透明因子，并将其与应用程序初始化信息一起发送至图形处理单元；

图形处理单元，用于对所述应用程序初始化信息、物体模型的位置状态信息及alpha透明因子进行处理，并将处理结果输出至帧缓存区；

显示单元，用于根据所述帧缓存区的处理结果，进行图形显示；

其中，所述中央处理单元在启动OpenGL应用程序，加载设置应用程序初始化信息时具体用于：

加载物体模型顶点数据；

加载纹理图像数据，生成纹理对象；

初始化光照信息；

加载着色器程序，生成着色器程序对象；

所述中央处理单元在计算alpha透明因子时，具体用于：

若物体模型为静态，则alpha透明因子为预置alpha值；

若物体模型为动态，则alpha透明因子根据变换公式有规则地变化。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述图形处理单元具体包括：

顶点着色单元，用于根据应用程序初始化信息及物体模型的位置状态，进行位置及光照变换处理；

光栅处理单元，用于对位置及光照变换后的数据，进行光栅化，形成像素点信息；

片段着色单元，用于根据alpha透明因子，对光栅化处理后的像素点信息进行颜色处理，并生成图像片段信息；

混合处理单元，用于将所述图像片段信息与原有的片段信息进行片段测试及混合，生成最终图像信息，并将其输出至帧缓存区。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述片段测试包括裁剪测试、alpha测试、模板测试、深度测试。