Alpha test and alpha blend

1  简介

在RGB颜色空间中，颜色有四个通道，分别为R(red)，G(green)，B(blue)和A(alpha)。这里的alpha指透明度，日常生活中物体主要分为透明(0<=alpha<1)与不透明(alpha=1)的两种，通过调节alpha可以控制物体的透明度。例如，玻璃就是一种半透明的物体，透过玻璃可以观看到玻璃后面的东西，反映到渲染就是在camera视角玻璃的颜色与玻璃后面物体的颜色混合在了一起。

Z test也叫depth test，包含z test kill和z buffer update。其中，Z test kill：比较frame buffer中同一位置当前fragment的z值与depth buffer 中的z值，丢弃距离camera较远的fragment；Z buffer：用来存储深度z的，这样每个fragment当前所对应的深度z就可以被记录下来，用作z test kill的比较值或者shadow map的depth texture，z buffer update指更新z buffer中的z值，当通过z test并且需要做z buffer update时，就用通过z test的fragment的z值取代z buffer中的z值。

Forward pixel kill(FPK)的作用：对于从后往前画的场景，仍然能够kill掉framebuffer中同样位置将会被覆盖的fragment(尽管存在这个功能，但是还是推荐从前往后渲染不透明的物体，这样会更有利于performance).

2  Alpha test

Alpha test是指在fragment shader 里通过判断alpha是否满足一定的条件从而来决定是否discard该fragment,不满足条件的fragment就被discard,不能通过alpha test。Alpha test经常用在渲染树叶，花草等含透明部分的物体上

Alpha test可以做early z test，但是由于fragment在经过fragment shader时可能会被discard掉，所以不会做early z buffer update，通过alpha test的fragment会做late z buffer update.

之所以说可以做early z test而不是一定会做的原因是，early z test包括early z test kill和early z buffer update，early z test kill可以是force early z test kill 和weak early z test kill，如果是force early z test kill,那么该fragment一定会做early z test kill，但是alpha test的early z test设置成weak early z test kill，所以它不一定会做early z test kill。

3  Alpha blend

Alpha blend是指通过alpha通道来混合两个或多个物体的颜色，通常用来渲染半透明的物体，如透过玻璃窗看风景。

Alpha blend会打开GL_BLEND，然后通过blend相关的OpenGL ES API来控制blend的方式，从而实现将color buffer中的颜色与当前渲染的fragment颜色混合！

Alpha blend做early z test的情况跟alpha blend一样。

4  总结

Alpha test和alpha blend都对性能影响比较大，因为他们都是weak early z kill test，force late z update, 这会导致forward pixel kill失效，性能的损失包括：

（1）Early z test不一定会做，如果场景是从前往后渲染，并且存在overdraw，那么后面的fragment会被前面的fragment遮挡，此时如果位于后面的fragment没有做early z test，fragment shader就会做无用的渲染，因为最终该fragment一定会被late z test kill掉。

（2）Forward pixel kill失效，这对于从后往前渲染的场景，由于前面的fragment距离camera近，所以会通过early z test，但是此时后面的fragment已经在fragment shader的渲染队列FIFO中，接下来会做fragment shading，这样如果forward pixel kill失效，那么位于后面fragment由于先做fragment shading而做了一次无用的渲染，因为该fragment会被位于其前面的fragment覆盖。