Win2D 官方文章系列翻译 - 预乘 Alpha

本文为个人博客备份文章，原文地址：

http://validvoid.net/win2d-premultiplied-alpha/

在计算机绘图中有两种表示颜色值不透明度的方法。Win2D 中两种方法均有所采用。本文旨在解释两种方法之间的区别以及其各自的使用场景。

直接 Alpha （Straight alpha）

当使用直接，亦即线性 Alpha 时：

• RGB 值指定绘制目标的颜色
• Alpha 值指定绘制目标的质密程度

在该方法中，RGB 和 Alpha 通道各自独立发挥作用。它们可以在不互相影响的情况下各自发生改变。要使一个对象淡出，只需保持 RGB 取值不变，逐步减小 Alpha 值即可。

以直接 Alpha 格式实现两种颜色的 Source-over 模式混合：

结果 = (源.RGB * 源.A) + (目标.RGB * (1 - 源.A)) 

预乘 alpha （Premultiplied alpha）

当使用预乘 Alpha 时：

• RGB 指定绘制目标输出时绘制的颜色量
• Alpha 值指定背景内容的掩藏程度

在该方法中，RGB 通道和 Alpha 通道相关联。要使对象透明，则必须同时减少 RGB 值（减少颜色浓度）和 Alpha 值（减轻对背景内容的掩藏幅度）。完全透明的对象不具有任何颜色，所以只有一个值表示 100% 的透明度：RGB 和 Alpha 值均为零。

以预乘 Alpha 格式实现两种颜色的 Source-over 模式混合：

结果 = 源.RGB + (目标.RGB * (1 - 源.A))

在图形渲染领域，进行图像过滤或多图层组合时通常应用预乘 Alpha 方法，因为相比直接 Alpha 其效果更好。更多信息可以参见：

• http://blogs.msdn.com/b/shawnhar/archive/2009/11/06/premultiplied-alpha.aspx
• http://blogs.msdn.com/b/shawnhar/archive/2009/11/07/premultiplied-alpha-and-image-composition.aspx

Win2D 中的 Alpha

Win2D 在 API 层次上使用直接 Alpha，而在内部渲染操作中使用预乘 Alpha。

Windows.UI.Color 值为直接 Alpha。 当你向 Draw* 或 Fill* 方法传递一个颜色参数、设置画刷的颜色或以某个颜色清屏时，该颜色使用的都是直接 Alpha。

储存在一个位图（bitmap）或者渲染目标（rendertarget）中的像素值，以及在此层次上进行的绘制或混合操作均使用预乘 Alpha。当位图从文件中加载时，其内容会自动转为预乘格式。当你调用一个 Win2D 绘图方法时，其颜色参数也会在绘图实际发生前从直接转换到预乘。

Win2D 图像特效混合使用直接和预乘 Alpha。部分特效使用其中一种格式，其它特效使用另一种格式，还有些特效提供了一个属性以供选择。每种特效类型的文档均有描述该特效使用哪种 Alpha 模式。特效的输入数据总是会被假定为预乘格式，所以当一个特效要应用直接 Alpha，它会先执行一次反预乘变换，然后计算特效，最后在重新进行预乘输出。

GetPixelBytes、 SetPixelBytes、 GetPixelColors 以及 SetPixelColors 等位图 API 并不 进行任何 Alpha 格式转换。它们进在底层 GPU 纹理与上层对象之间直接传递位值。通过以下方法可以观察到 Win2D 内部是如何处理 Alpha 格式的：

• 对一个 rendertarget 创建一个 drawing session
• 调用 drawingSession.Clear(Colors.Tranparent)
• Colors.Tranparent 的定义为 R=255, G=255, B=255, A=0
• Win2D 会把此透明颜色值转换为预乘值，即 R=0, G=0, B=0, A=0
• 使用 GetPixelColors 读回 rendertarget 的内容
• 观察读取的内容包含的颜色值为预乘的 RGB=0, 而非原先直接 Alpha 格式的 Colors.Tranparent 值 RGB=255

在 Alpha 格式之间进行转换

要把直接 Alpha 格式的颜色转换为预乘 Alpha 格式，将颜色的 R、G、B 三值分别乘以 A 值。要从预乘 Alpha 转换为直接 Alpha，则将 R、G、B 三值分别除以 A 值。

注意颜色信息通常以取值范围从 0 到 255 的字节值表示（例如 Windows.UI.Color 结构由 4 个字节组成）。这一表示以 255 为换算系数按比变化，故字节值 255 即表示 1，而 128 即表示一半程度。在进行格式转换时，必须带入换算系数参与计算，因此将一个 Windows.UI.Color 从直接转换到预乘的计算过程为：

预乘值.R = (byte)(直接值.R * 直接值.A / 255); 预乘值.G = (byte)(直接值.G * 直接值.A / 255); 预乘值.B = (byte)(直接值.B * 直接值.A / 255); 预乘值.A = 直接值.A; 

如果现有图像数据的 Alpha 格式不正确，可以使用 PremultiplyEffect 或UnPremultiplyEffect 特效进行转换。