Cocosd2d 实现图像描边shader

图片描边需求如下：

1. 可指定描边宽度 2. 可指定描边颜色3. 可用于字体

图片描边我所知道的方式有以下几种：

1. Cocos2d-x 3.x中，字体用FreeType库，字体描边可以用FreeType自带的描边功能，实际效果没测过，但只能用于字体。

2. 用RenderTexture，方法大概是把原图做一圈的偏移，渲染到同一张纹理上，他们相隔中心点的距离都是r，最后再把自己渲染到中间，核心代码大概这样：

 rt->begin();
 for(int i = 0; i < 360; i += 15)
 {
    float rad = CC_DEGREES_TO_RADIANS(i);
    m_label->setPosition(ccp(
    textureSize.width * 0.5f + sin(rad) * r,
    textureSize.height * 0.5f + cos(rad) * r));
    m_label->visit();
 }
 m_label->setColor(col);
 m_label->setBlendFunc(originalBlend);
 m_label->setPosition(ccp(textureSize.width * 0.5f, textureSize.height * 0.5f));
 m_label->visit();
 rt->end();

这种方法可以作为一个比较好的解决方案，但是我认为这种方式在生成描边图片时，需要绘制多个图片，效率不是很好。

3. Cocos2d-x 3.x的ShaderTest有个描边的例子，是用shader实现的，不过那个程序有些不友好：描边宽度不是传像素进去，而是一个0~1的数字，是一个比例，就是说大的图片描边大，小的图片描边小，而且同一个图片不同位置的描边也宽窄不一（这在长比宽大很多的图片尤其明显），而且描边的颜色也深浅不一。

以下我分享一种我认为比较好的描边算法：

在片段着色器里面，对于每个像素：1. 如果它是不透明的像素，则不管，维持原本颜色；2. 如果透明，是360度判断它四周有没有不透明的像素，如果有，则把它设成描边颜色，否则保持透明。

stroke.fsh：描边片段着色器

 varying vec4 v_fragmentColor; // vertex shader传入，setColor设置的颜色
 varying vec2 v_texCoord; // 纹理坐标
 uniform float outlineSize; // 描边宽度，以像素为单位
 uniform vec3 outlineColor; // 描边颜色
 uniform vec2 textureSize; // 纹理大小（宽和高），为了计算周围各点的纹理坐标，必须传入它，因为纹理坐标范围是0~1
 uniform vec3 foregroundColor; // 主要用于字体，可传可不传，不传默认为白色
 // 判断在这个角度上距离为outlineSize那一点是不是透明
 int getIsStrokeWithAngel(float angel)
 {
     int stroke = 0;
     float rad = angel * 0.01745329252; // 这个浮点数是 pi / 180，角度转弧度
     float a = texture2D(CC_Texture0, vec2(v_texCoord.x + outlineSize * cos(rad) / textureSize.x, v_texCoord.y + outlineSize * sin(rad) / textureSize.y)).a; // 这句比较难懂，outlineSize * cos(rad)可以理解为在x轴上投影，除以textureSize.x是因为texture2D接收的是一个0~1的纹理坐标，而不是像素坐标
     if (a >= 0.5)// 我把alpha值大于0.5都视为不透明，小于0.5都视为透明
     {
         stroke = 1;
     }
     return stroke;
 }

 void main()
 {
     vec4 myC = texture2D(CC_Texture0, vec2(v_texCoord.x, v_texCoord.y)); // 正在处理的这个像素点的颜色
     myC.rgb *= foregroundColor;
     if (myC.a >= 0.5) // 不透明，不管，直接返回
     {
         gl_FragColor = v_fragmentColor * myC;
         return;
     }
     // 这里肯定有朋友会问，一个for循环就搞定啦，怎么这么麻烦！其实我一开始也是用for的，但后来在安卓某些机型（如小米4）会直接崩溃，查找资料发现OpenGL es并不是很支持循环，while和for都不要用
     int strokeCount = 0;
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(0.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(30.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(60.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(90.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(120.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(150.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(180.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(210.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(240.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(270.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(300.0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngel(330.0);

     if (strokeCount > 0) // 四周围至少有一个点是不透明的，这个点要设成描边颜色
     {
         myC.rgb = outlineColor;
         myC.a = 1.0;
     }

     gl_FragColor = v_fragmentColor * myC;
 }

我的utilShader.cpp：

 const char* shaderNameStroke = "ShjyShader_Stroke";

 namespace utilShader
 {
 // 传入描边宽度（像素为单位），描边颜色，图片大小，获得GLProgramState
     cocos2d::GLProgramState* getStrokeProgramState( float outlineSize, cocos2d::Color3B outlineColor, cocos2d::Size textureSize, cocos2d::Color3B foregroundColor/* = cocos2d::Color3B::WHITE*/ )
     {
         auto glprogram = GLProgramCache::getInstance()->getGLProgram(shaderNameStroke);
         if (!glprogram)
         {
             std::string fragmentSource = FileUtils::getInstance()->getStringFromFile(FileUtils::getInstance()->fullPathForFilename("shaders/stroke.fsh"));
             glprogram = GLProgram::createWithByteArrays(ccPositionTextureColor_noMVP_vert, fragmentSource.c_str());
             GLProgramCache::getInstance()->addGLProgram(glprogram, shaderNameStroke);
         }

         auto glprogramState = GLProgramState::create(glprogram);

         glprogramState->setUniformFloat("outlineSize", outlineSize);
         glprogramState->setUniformVec3("outlineColor", Vec3(outlineColor.r / 255.0f, outlineColor.g / 255.0f, outlineColor.b / 255.0f));
         glprogramState->setUniformVec2("textureSize", Vec2(textureSize.width, textureSize.height));
         glprogramState->setUniformVec3("foregroundColor", Vec3(foregroundColor.r / 255.0f, foregroundColor.g / 255.0f, foregroundColor.b / 255.0f));

         return glprogramState;
     }
 }

调用的地方：

 Sprite* spr = Sprite::create("elephant1_Diffuse.png");
 spr->setPosition(200, 200);
 spr->setGLProgramState(utilShader::getStrokeProgramState(5, Color3B::GREEN, spr->getContentSize()));
 this->addChild(spr, 1);

效果：

应该预先计算好sin和cos值，无需每次计算。优化后的 stroke.fsh 如下：

 varying vec4 v_fragmentColor;
 varying vec2 v_texCoord;
 uniform float outlineSize;
 uniform vec3 outlineColor;
 uniform vec2 textureSize;
 uniform vec3 foregroundColor;

 const float cosArray[12] = {1, 0.866, 0.5, 0, -0.5, -0.866, -0.1, -0.866, -0.5, 0, 0.5, 0.866};
 const float sinArray[12] = {0, 0.5, 0.866, 1, 0.866, 0.5, 0, -0.5, -0.866, -1, -0.866, -0.5};

 int getIsStrokeWithAngelIndex(int index)
 {
     int stroke = 0;
     float a = texture2D(CC_Texture0, vec2(v_texCoord.x + outlineSize * cosArray[index] / textureSize.x, v_texCoord.y + outlineSize * sinArray[index] / textureSize.y)).a;
     if (a >= 0.5)
     {
         stroke = 1;
     }

     return stroke;
 }

 void main()
 {
     vec4 myC = texture2D(CC_Texture0, vec2(v_texCoord.x, v_texCoord.y));
     myC.rgb *= foregroundColor;
     if (myC.a >= 0.5)
     {
         gl_FragColor = v_fragmentColor * myC;
         return;
     }

     int strokeCount = 0;
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(0);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(1);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(2);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(3);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(4);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(5);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(6);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(7);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(8);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(9);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(10);
     strokeCount += getIsStrokeWithAngelIndex(11);

     bool stroke = false;
     if (strokeCount > 0)
     {
         stroke = true;
     }

     if (stroke)
     {
         myC.rgb = outlineColor;
         myC.a = 1.0;
     }

     gl_FragColor = v_fragmentColor * myC;
 }