Metal每日分享，調整圖片角度濾鏡效果

本案例的目的是理解如何用Metal實現調節圖片角度濾鏡，通過修改畫布大小，取出旋轉之後的座標點像素來達到旋轉效果；

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效果圖

Demo

• HarbethDemo地址

實操代碼

// 旋轉濾鏡
let filter = C7Rotate.init(angle: 180)

// 方案1:
let dest = BoxxIO.init(element: originImage, filter: filter)
ImageView.image = try? dest.output()

dest.filters.forEach {
    NSLog("%@", "\($0.parameterDescription)")
}

// 方案2:
ImageView.image = try? originImage.make(filter: filter)

// 方案3:
ImageView.image = originImage ->> filter

實現原理

• 過濾器

這款濾鏡採用並行計算編碼器設計.compute(kernel: "C7Rotate")，參數因子[Degree(value: angle).radians]

對外開放參數

• angle: 角度旋轉，單位是度。

/// 旋轉
public struct C7Rotate: C7FilterProtocol {
    
    /// Angle to rotate, unit is degree
    @DegreeRange public var angle: Float
    
    public var modifier: Modifier {
        return .compute(kernel: "C7Rotate")
    }
    
    public var factors: [Float] {
        return [Degree(value: angle).radians]
    }
    
    public func outputSize(input size: C7Size) -> C7Size {
        return mode.rotate(angle: Degree(value: angle).radians, size: size)
    }
    
    private var mode: ShapeMode = .fitSize
    
    public init(mode: ShapeMode = .fitSize, angle: Float = 0) {
        self.angle = angle
        self.mode = mode
    }
}

將角度控制在0 ～ 360範圍之間，

/// `0.0 ..< 360.0` 範圍角度區間屬性包裝器
@propertyWrapper public struct DegreeRange {
    
    public var wrappedValue: Float {
        didSet {
            let value = wrappedValue.truncatingRemainder(dividingBy: 360.0)
            wrappedValue = value >= 0 ? value : 360 + value
        }
    }
    
    public init(wrappedValue: Float) {
        let value = wrappedValue.truncatingRemainder(dividingBy: 360.0)
        self.wrappedValue = value >= 0 ? value : 360 + value
    }
}

將角度轉換成弧度供着色器使用，

public struct Degree {
    
    public let value: Float
    
    public var radians: Float {
        return Float(value * Float.pi / 180.0)
    }
}

// MARK - Negative Degrees
public prefix func -(degree: Degree) -> Degree {
    return Degree(value: -1 * degree.value)
}

計算旋轉之後的尺寸

public func rotate(angle: Float, size: C7Size) -> C7Size {
    switch self {
    case .none:
        return size
    case .fitSize:
        let w = Int(abs(sin(angle) * Float(size.height)) + abs(cos(angle) * Float(size.width)))
        let h = Int(abs(sin(angle) * Float(size.width)) + abs(cos(angle) * Float(size.height)))
        return C7Size(width: w, height: h)
    }
}

• 着色器

獲取新畫布尺寸然後再對座標點歸一化處理，計算超出部分角度，然後算出點座標(inX, inY)取出對應點的像素，超出部分則用空像素填充；

kernel void C7Rotate(texture2d<half, access::write> outputTexture [[texture(0)]],
                     texture2d<half, access::sample> inputTexture [[texture(1)]],
                     constant float *angle [[buffer(0)]],
                     uint2 grid [[thread_position_in_grid]]) {
    const float outX = float(grid.x) - outputTexture.get_width() / 2.0f;
    const float outY = float(grid.y) - outputTexture.get_height() / 2.0f;
    const float dd = distance(float2(outX, outY), float2(0, 0));
    const float pi = 3.14159265358979323846264338327950288;
    const float w = inputTexture.get_width();
    const float h = inputTexture.get_height();
    float outAngle = atan(outY / outX);
    if (outX < 0) { outAngle += pi; };
    const float inAngle = outAngle - float(*angle);
    const float inX = (cos(inAngle) * dd + w / 2.0f) / w;
    const float inY = (sin(inAngle) * dd + h / 2.0f) / h;
    
    // Set empty pixel when out of range
    if (inX * w < -1 || inX * w > w + 1 || inY * h < -1 || inY * h > h + 1) {
        outputTexture.write(half4(0), grid);
        return;
    }
    
    constexpr sampler quadSampler(mag_filter::linear, min_filter::linear);
    const half4 outColor = inputTexture.sample(quadSampler, float2(inX, inY));
    outputTexture.write(outColor, grid);
}

Harbeth功能清單

• 支持ios系統和macOS系統
• 支持運算符函數式操作
• 支持多種模式數據源 UIImage, CIImage, CGImage, CMSampleBuffer, CVPixelBuffer.
• 支持快速設計濾鏡
• 支持合併多種濾鏡效果
• 支持輸出源的快速擴展
• 支持相機採集特效
• 支持視頻添加濾鏡特效
• 支持矩陣卷積
• 支持使用系統 MetalPerformanceShaders.
• 支持兼容 CoreImage.
• 濾鏡部分大致分爲以下幾個模塊：
  • Blend：圖像融合技術
  • Blur：模糊效果
  • Pixel：圖像的基本像素顏色處理
  • Effect：效果處理
  • Lookup：查找表過濾器
  • Matrix: 矩陣卷積濾波器
  • Shape：圖像形狀大小相關
  • Visual: 視覺動態特效
  • MPS: 系統 MetalPerformanceShaders.

最後

• 關於旋轉圖片濾鏡介紹與設計到此爲止吧。
• 慢慢再補充其他相關濾鏡，喜歡就給我點個星🌟吧。
• 濾鏡Demo地址，目前包含100+種濾鏡，同時也支持CoreImage混合使用。
• 再附上一個開發加速庫KJCategoriesDemo地址
• 再附上一個網絡基礎庫RxNetworksDemo地址
• 喜歡的老闆們可以點個星🌟，謝謝各位老闆！！！

✌️.