在 html 中用加色法混合颜色

最新推荐文章于 2025-06-09 20:24:00 发布

原创

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#css3 #svg #canvas #webgl #blend-混合

概要

本文通过解决一个假想的问题介绍了 css screen 混合模式，并介绍了如何用 svg 滤镜、canvas 2d、canvas webgl 实现相同的效果。

问题

下面的图片演示三种颜色光叠加的效果，请在 html 中实现这种效果。

三个不同颜色的光斑，重叠的部分符合加色法

约定

词语	指代
混合	blend
加色	additive color - 名词
特性	attribute，比如 `<a id=1>`，说 id 是元素 a 的特性
透明度	α、alpha
伪输入图像	pseudo input image
着色器	shader
着色器程序	shader program
xml 应用程序	XML application
chrome	google chrome 41
firefox	firefox developer edition 40
ie	internet explorer 11
3 个浏览器	上面 3 个版本的浏览器

opera 已经基于 webkit 了，所以未测试 opera，若在 chrome 中可用那我就认为在 opera 中也可用。

分析

当然可以用 photoshop 制作图片，html 用 <img> 引用该图片，本文不讨论这种方法。

观察重叠部分发现该部分的颜色不仅受自己的影响、还受它下面背景颜色的影响，重叠部分的颜色是自己的颜色和背景颜色混合的结果。换句话说，一个像素绘制出来的颜色等于像素颜色和背景像素颜色的混合，即

$C = B(C_b, C_s)$ ，其中，
$C$ 是绘制的颜色
$B$ 是混合函数
$C_b$ 是背景颜色
$C_s$ 是前景颜色，即像素的颜色

这里面 $C$ 的 r、g、b 颜色分量都是 [0, 1] 的小数而不是 [0, 255] 的整数。显然，对同一个像素来说不同的 $B$ 得到不同的 $C$ 。红绿蓝分别是 rgb(1, 0, 0)、rgb(0, 1, 0)、rgb(0, 0, 1)， $B$ 如果满足 $B(C_b, C_s) = min(C_s + C_b, 1)$ 就能合成白色。

重点：不同的 $B$ 得到不同的 $C$

不可行的方法

html 中经常用到下面 3 个方法，

css opacity 属性
css rgba()/hsla() 颜色
用 <img> 引用带 alpha 通道的图像

它们使用相同的混合函数，叫做 α 混合或简单 α 复合，

C = B (C b, C s) = C s \times α s + C b \times α b \times (1 - α s) = C s \times α s + C b \times (1 - α s)

$\begin{align} C &= B(C_b, C_s) \\ &= C_s \times α_s + C_b \times α_b \times (1 - α_s) \\ &= C_s \times α_s + C_b \times (1 - α_s) \end{align}$

$α_s$ 是前景透明度， $α_b$ 是背景透明度，上面的式子计算混合后的 r、g、b 颜色，混合后的透明度 $α_o$ 由公式 $α_o = α_s + α_b \times (1 - α_s)$ 给出。很多时候背景不透明，即 $α_b$ 是 1，上面把 1 代入了 $α_b$ 。

简单 α 复合 - http://dev.w3.org/fxtf/compositing/#simplealphacompositing
opacity - http://stackoverflow.com/questions/8743482/calculating-opacity-value-mathematically

下面给上面的式子代入几组实际值。设 $C_s$ 是不透明红 rgba(1, 0, 0, 1)， $C_b$ 是不透明蓝 rgb(0, 0, 1)，它俩混合的结果不用计算都知道仍然是不透明红，计算过程如下，

r = 1 x 1 + 0 x (1 - 1) = 1
g = 0 x 1 + 0 x (1 - 1) = 0
b = 0 x 1 + 1 x (1 - 1) = 0

红蓝得红，混合失败。另外一组， $C_s$ = rgba(1, 0, 0, 0.5)， $C_b$ = rgb(0, 0, 1)，有，

r = 1 x 0.5 + 0 x (1 - 0.5) = 0.5
g = 0 x 0.5 + 0 x (1 - 0.5) = 0
b = 0 x 0.5 + 1 x (1 - 0.5) = 0.5

要想让得到的 rgb(0.5, 0, 0.5) 和 rgb(0, 1, 0) 的绿色混合以得到 rgb(1, 1, 1) 的白色，α 需要满足下面的方程组，

{0.5 α + 0 α + 0 (1 - α) = 1 (1 - α) = 1 = {0.5 α = 1 1 - α = 1 = {α = 2 α = 0

$\left\{ \begin{array}{r} 0.5α + & 0(1 -α) = 1\\ 0α + & (1 - α) = 1 \end{array} \right. = \left\{ \begin{array}{r} 0.5α = 1\\ 1 - α = 1 \end{array} \right. = \begin{cases} α = 2\\α = 0 \end{cases}$

上面的方程组无解，即无论如何设置 α 都无法通过 $B$ 混合 rgb(0.5, 0, 0.5) 和 rgb(0, 1, 0) 得到 rgb(1, 1, 1)。

回过头来观察式子 $C_s \times α_s + C_b \times (1 - α_s)$ ，可以看出结果介于 $C_s$ 和 $C_b$ 之间。红绿蓝混合时，白色的红色分量只能通过红色得到，这要求红色的 α 是 1，但 α = 1 造成背景颜色蓝或者绿被忽略，而忽略任何一个分量都无法得到白色。因此这个混合函数不合适。