利用Opengl反走样优化图形显示

周谦 倪健

在人机交互的界面软件中经常要使用各类图形，如点、直线、曲线、多边形和圆，软件设计人员通过编写程序将图形按需要的方式呈现给使用者。所有图形最终是以像素为基本单位显示到屏幕，当一条直线，不在水平或垂直方向时，放大它的显示结果，可以观察到直线呈现锯齿状，效果看起来不自然。本文结合实际的软件开发过程，探讨使用Opengl反走样优化图形的显示方法。

Opengl（Open Graphics Library）实际上是一套标准的图形与硬件之间的开放图形库接口，为软件开发者提供了丰富的图形编程接口（API），支持不同的编程语言和硬件平台。软件接口由几百个不同的函数組成，可实现从简单的图形绘制到复杂的三维图形交互。OpenGL常应用于虚拟仪表设备、计算机辅助设计、可视化程序和游戏等软件的开发。其中反走样函数功能可以很好地解决图形锯齿化的问题。

软件背景

为了设计具有360°指向的显示图，选用Opengl作为图形设计的接口。在只通过360条线段连接组成的多边形，近似地表现圆的外形图，编码完成的效果如图1所示。

通过放大截图，可以观察到圆形的边缘明细呈现锯齿状，特别是在接近垂直和水平时，更是明显。如图2和图3所示。

解决思路

所有计算机显示的图形都是是由离散的像素点组成的，因此屏幕上的图像与现实事物存在一些误差。误差主要表现为图形上的直线或光滑曲线的边缘呈现锯齿状、彩色的颜色失真、微小物体的不细致体现等。其中的边缘锯齿化就叫做走样。解决这种图形显示与设计者预期效果不同的走样问题，有2个处理思路。

其一：提高分辨率

分辨率是指屏幕在横向上的点数乘以纵向上的点数，得到总的像素点数。在同样大小的屏幕上，当分辨率低时，在屏幕上显示的像素就少，像素与像素之间的距离（像距）较大，单个像素的尺寸也较大。当分辨率提高时，在屏幕上显示的像素增多，像素与像素之间的距离（像距）变小，单个像素尺寸也变小。通过提升硬件处理能力，增加单位面积内的像素数量。在屏幕尺寸不变的情况下，分辨率越高，缩小像素之间的距离，显示效果就越精准、细腻，可取得接近现实世界的效果。但这种方法的缺点是成本会大幅提高，并且会引起扫描转换时间变长、帧缓存容量变大等系列问题。

其二：软件反走样

反走样（Antialiasing），是计算机图形学中的一个重要概念。反走样就是将图形边缘与其相邻的像素点的颜色进行混合，让过渡变得平缓柔和，图像就显得更顺滑。如图4所示，左部是走样线，右部是反走样线。

比较2种解决问题的思路，第2种更简洁、经济和可行。

代码实现

Opengl为软件开发人员提供了完善的反走样函数。

首先调用glEnable （GL_BLEND）函数启用融合，之后启用点、线、多边形的反走样。

glEnable（ GL_POINT_SMOOTH ）；

glEnable（ GL_LINE_SMOOTH ）；

glEnable（ GL_POLYGON_SMOOTH ）。

可以调用函数glHint（）对图像质量与制图速度之间的作些调整，但并非所有的编码都采用它，依据实际情况而定。其函数形式为：glHint（ GLenum target ， GLenum hint ），参数取值范围见表1所示。

实际效果

经过反走样处理后的圆形边缘锯齿淡化了，即使放大观察，也依然平滑，曲线的过度更柔和。

在观察Opengl反走样处理的图形边缘效果后，可看出其图形整体的视觉效果更细腻、更自然，软件使用者的感受会更加舒适。