GPUImage滤镜中的shader代码分析,及自定义滤镜

GPUImage由于使用GPU,顾其在滤镜染色的时候真正使用的是Open GL的shader语言。下面我们就GPUImagePinchDistortionFilter分析这些shader语言。

GPUImagePinchDistortionFilter是一个实现收缩失真,凹面镜效果滤镜,头文件代码如下:

#import "GPUImageFilter.h"

/** Creates a pinch distortion of the image
 */
@interface GPUImagePinchDistortionFilter : GPUImageFilter
{
    GLint aspectRatioUniform, radiusUniform, centerUniform, scaleUniform;
}

/** The center about which to apply the distortion, with a default of (0.5, 0.5)
 */
@property(readwrite, nonatomic) CGPoint center;
/** The radius of the distortion, ranging from 0.0 to 2.0, with a default of 1.0
 */
@property(readwrite, nonatomic) CGFloat radius;
/** The amount of distortion to apply, from -2.0 to 2.0, with a default of 0.5
 */
@property(readwrite, nonatomic) CGFloat scale;

@end

我们来分析一下。

首先,这个类必须继承于GPUImageFilter(这个必须,要不然就没法用)。

其次,这个类有三个参数:center表示效果所在圆的中心点,radius表示所在圆的半径(注意范围是-2.0到2.0),scale表示缩放倍数(当scale小于0的时候,中间缩小,周围放大;当scale大于0的时候,中间放大,周围缩小)。

最后,我们需要关注一个单位(这个很重要,要不然后面的shader代码就很迷茫了)。细心的朋友肯定会发现圆半径的范围是-2.0到2.0。很显然,这不是像素单位,要不然这了滤镜效果范围也太小了,和没有效果一样)。事实上,在shader语言中,半径是真实半径除以图片矩形的宽(横着图片的为高),记realRadio/targetWidth(横着的图片为realRadio/targetHeight);


源文件中,我们重点分析shader语句kGPUImagePinchDistortionFragmentShaderString。在这里,我直接加注释。

NSString *const kGPUImagePinchDistortionFragmentShaderString = SHADER_STRING
(
 varying highp vec2 textureCoordinate;/*变形后的图片的座标*/
 
 uniform sampler2D inputImageTexture;/*需要变形的图片*/
 
 uniform highp float aspectRatio;/*座标变换的系数,在shader座标系中width永远是1.0,height做相应的等比缩放*/
 uniform highp vec2 center;/*参数,中心点*/
 uniform highp float radius;/*参数,圆半径*/
 uniform highp float scale;/*参数,缩放倍数*/
 
 void main()
 {
     highp vec2 textureCoordinateToUse = vec2(textureCoordinate.x, (textureCoordinate.y * aspectRatio + 0.5 - 0.5 * aspectRatio));/*计算可以用于计算到中心距离的座标*/
     highp float dist = distance(center, textureCoordinateToUse);/*计算到中心的距离*/
     textureCoordinateToUse = textureCoordinate;/*将座标恢复到shader座标系*/
     
     if (dist < radius)/*在圆内*/
     {
         textureCoordinateToUse -= center;/*需要相对中心的座标*/
         highp float percent = 1.0 + ((0.5 - dist) / 0.5) * scale;/*缩放的程度*/
         textureCoordinateToUse = textureCoordinateToUse * percent;/*座标缩放*/
         textureCoordinateToUse += center;/*需要绝对座标*/
         
         gl_FragColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinateToUse );/*gl_FragColor表示变形后坐标textureCoordinate的颜色*/
</span>     }
     else/*不再园内*/
     {
         gl_FragColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate );/*gl_FragColor表示变形后坐标textureCoordinate的颜色*/
     }
 }
);

上面我在shader中加了注释,实际的shader代码不要加注释(因为代码长度占GPU内存,且中文可能会出问题)。

从上面我们可以到,我们可以通过修改第三方的库来增加自己的滤镜。事实上,GPUImage已经提供了滤镜扩展的接口,我们不需要修改它的库。类GPUImageFilter有一个初始化函数initWithFragmentShaderFromFile:可以加载自定义以fsh为后缀文件中的shader代码。例如:

GPUImageFilter *filter1 = [[[GPUImageFilter alloc] initWithFragmentShaderFromFile:@"Shader1"] autorelease];

而Shader.fsh的代码为:

varying highp vec2 textureCoordinate;

uniform sampler2D inputImageTexture;

void main()
{
    lowp vec3 tc = vec3(1.0, 0.0, 0.0);

    lowp vec3 pixcol = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate).rgb;
    lowp vec3 colors[3];
    colors[0] = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
    colors[1] = vec3(1.0, 1.0, 0.0);
    colors[2] = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
    mediump float lum = (pixcol.r + pixcol.g + pixcol.b) / 3.0;
    int ix = (lum < 0.5)? 0:1;
    tc = mix(colors[ix], colors[ix + 1], (lum - float(ix) * 0.5) / 0.5);

    gl_FragColor = vec4(tc, 1.0);
}




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