RGBA alpha 透明度混合算法实现和测试

1、算法叙述

1.1、透明度混合算法1

R1、G1、B1、Alpha1 为前景颜色值，R2、G2、B2、Alpha2 为背景颜色值，则：

Alpha = 1 - (1 - Alpha1) * ( 1 - Alpha2)
R = (R1 * Alpha1 + R2 * Alpha2 * (1-Alpha1))/Alpha
G = (G1 * Alpha1 + G2 * Alpha2 * (1-Alpha1))/Alpha
B = (B1 * Alpha1 + B2 * Alpha2 * (1-Alpha1))/Alpha

这里的Alpha取值范围是[0,1]，需要使用到浮点计算（实数计算）。对于我们常见的8位图像，我们可以将其值域改为[0,255]进行计算，具体的见下面测试代码。

1.2、AlphaBlend算法介绍

混合算法目前在常用到的算法是 AlphaBlend。计算公式如下:假设一幅图像是A，另一幅透明的图像是B，那么透过B去看A，看上去的图像C就是B和A的混合图像，设B图像的透明度为alpha(取值为0-1，1为完全透明，0为完全不透明). Alpha 混合公式如下：

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R(C)=(1-alpha)*R(B) + alpha*R(A)
G(C)=(1-alpha)*G(B) + alpha*G(A)
B(C)=(1-alpha)*B(B) + alpha*B(A)

R(x)、G(x)、B(x)分别指颜色x的RGB分量原色值。从上面的公式可以知道，Alpha其实是一个决定混合透明度的数值。

这里只对B图的Alpha进行了处理，但A图本身如果也有透明通道的，也需要进行一样的处理，即

1	A(C)=(1-alpha)A(B) + alphaA(A)

1.3、简易Alpha混合算法

首先，要能取得上层与下层颜色的 RGB三基色，然后用r,g,b 为最后取得的颜色值；r1、g1、b1是上层的颜色值；r2、g2、b2是下层颜色值，若Alpha=上层透明度，则：

当Alpha=50%时

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r = r1/2 + r2/2;
g = g1/2 + g2/2;
b = b1/2 + b2/2;

当Alpha<50%时

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r = r1 - r1/Alpha + r2/Alpha;
g = g1 - g1/Alpha + g2/Alpha;
b = b1 - b1/Alpha + b2/Alpha;

当Alpha>50%时

1
2
3

r = r1/Alpha + r2 - r2/Alpha;
g = g1/Alpha + g2 - g2/Alpha;
b = b1/Alpha + b2 - b2/Alpha;

这个算法比较简单，我也没有去做实现。简单来说这里就是看透明度高是否超过50%，来决定是上下层图像谁占主导地位。

2、算法实现代码和测试

实现其实是很简单的，只是注意下面没有实数的计算，都是使用的整数计算，要注意移位与抹零的操作别出错。

下面的rgba1表示前景图（我的代码里是水印图）的一个像素值，是RGBA8888格式的。rgba2表示背景图的一个像素值。a1表示rgba1中的Alpha分量值，a2表示rgba2中的Alpha分量值。

2.1、透明度混合算法1实现代码

// 如果alpha的值域是[0,1]，这里相当于将其拉伸为[0,255]
// 所以相当于是 Alpha = 1 - (1 - Alpha1) * ( 1 - Alpha2)乘以了两次255
// 当a1和a2都接近于0的时候，会导致计算得到的A值不为0，导致叠加不正常
uint32_t A = (0xffff - (0xff - a1) * (0xff - a2));
// 下面左边部分少左移8位，相当于乘以了255
uint32_t R = (((rgba1 << 8 & 0xff00U) * a1 + (rgba2 >> 0  & 0xffU) * a2 *(0xff - a1)) / A) & 0xffU;
uint32_t G = (((rgba1 >> 0 & 0xff00U) * a1 + (rgba2 >> 8  & 0xffU) * a2 *(0xff - a1)) / A) & 0xffU;
uint32_t B = (((rgba1 >> 8 & 0xff00U) * a1 + (rgba2 >> 16 & 0xffU) * a2 *(0xff - a1)) / A) & 0xffU;

2.1、AlphaBlend算法实现代码

uint32_t A = a1;
uint32_t R = (((rgba1 >> 0  & 0xffU) * A + (rgba2 >> 0  & 0xffU) *(0xff - A)) >> 8) & 0xffU;
uint32_t G = (((rgba1 >> 8  & 0xffU) * A + (rgba2 >> 8  & 0xffU) *(0xff - A)) >> 8) & 0xffU;
uint32_t B = (((rgba1 >> 16 & 0xffU) * A + (rgba2 >> 16 & 0xffU) *(0xff - A)) >> 8) & 0xffU;
A = ((a1 * A + a2 * (0xff - A)) >> 8) & 0xffU; // 必须对Alpha波段也处理

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