OpenGL ES 案例:分屏滤镜

本案例的目的是理解如何用GLSL实现分屏(2/3/4/6/9)滤镜

案例的效果图如下

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准备工作

自定义着色器

完成无分屏滤镜的着色器代码

  • 顶点着色器
attribute vec4 Position;
attribute vec2 TextureCoords;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main(){
    gl_Position = Position;
    TextureCoordsVarying = TextureCoords;
}

  • 片元着色器
precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main(){
    vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsVarying);
    gl_FragColor = vec4(mask.rgb, 1.0);
}

视图控制器类

在实现分屏滤镜之前,首先要呈现一个最原始的图片,即无滤镜效果的图片,大致流程如下

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主要分为3部分

  • setupFilterBar函数:底部滤镜滚动条
  • filterInit函数:滤镜处理初始化
  • startFilterAnimation函数:滤镜动画
    滤镜动画的入口有两个:
    • viewDidLoad函数 --> filterInit函数 --> shader加载 & 编译 & program使用 --> 调用startFilterAnimation函数
    • 当切换底部FilterBar时 --> 选中某一个分屏效果 --> 对应一组shader文件 --> shader加载 & 编译 & program使用 --> 调用startFilterAnimation函数

setupFilterBar函数

主要是添加自定义的滤镜滚动条,利用collectionView实现底部自定义滚动视图,这部分内容不多做说明,如果有疑问,可以参考文末完整demo

filterInit函数

主要是实现无分屏滤镜效果时的图片显示,实现流程如下

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根据图示,分为以下几部分

  • setupContext函数:设置上下文

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  • setupLayer函数:创建layer & 绑定渲染和帧缓存区

    image
  • setupVertexData函数:设置顶点数据 & 顶点缓存区

    image
  • setupTexture函数:图片解压缩 & 加载纹理

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  • 设置视口

  • setupNormalShaderProgram函数:设置默认着色器,即无分屏效果的着色器

    image

以上几部分的代码,在之前的OpenGL ES案例中均有涉及,这里这不展开说明了,详情可以参考文末完整代码

分屏滤镜实现

分屏滤镜的实现主要还是分屏算法,而分屏算法主要是在片元着色器中main函数中完成的,所以切换不同分屏效果主要需要改动以下几部分内容

  • 新建一组shader文件,顶点着色器文件无任何变化,片元着色器文件的main函数中增加相应分屏算法的代码

  • 视图控制器类中增加FilterBar的数据源数据,并增加其item的点击事件,新增加载对应着色器文件的函数,类似于setupNormalShaderProgram函数,只需要修改着色器文件的名称即可

    image

下面分别说明下不同分屏效果的分屏算法的实现

二分屏

这里的二分屏是上下分别显示图片中间的一半,其算法如图所示

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当实现二分屏滤镜时,图片纹理坐标的x值是没有任何变化的,主要是y值变化

  • 当 y 在[0, 0.5]范围时,屏幕的(0,0)坐标需要对应图片的(0,0.25),所以y = y+0.25
  • 当 y 在[0.5, 1]范围时,屏幕的(0,0.5)坐标需要对应图片的(0,0.25),所以y = y-0.25

片元着色器中main函数的分屏算法代码如下

void main(){
    vec2 uv = TextureCoordsVarying.xy;
    float y;
    if (uv.y >= 0.0 && uv.y <= 0.5) {
        y = uv.y + 0.25;
    }else{
        y = uv.y - 0.25;
    }

    gl_FragColor = texture2D(Texture, vec2(uv.x, y));
}

三分屏

三分屏的显示是屏幕三等分,分别显示图片中部分三分之一图片,其实现原理如下

image

当实现三分屏滤镜时,图片纹理坐标的x值是没有任何变化的,主要是y值变化

  • 当 y 在[0, 1/3]范围时,屏幕的(0,0)坐标需要对应图片的(0,1/3),所以y = y+1/3
  • 当 y 在[1/3, 2/3]范围时,屏幕的(0,1/3)坐标需要对应图片的(0,1/3),所以y 不变
  • 当 y 在[2/3, 1]范围时,屏幕的(0,2/3)坐标需要对应图片的(0,1/3),所以y = y-1/3

片元着色器中main函数的分屏算法代码如下

void main(){

    vec2 uv = TextureCoordsVarying.xy;
    if (uv.y < 1.0/3.0) {
        uv.y = uv.y + 1.0/3.0;
    }else if (uv.y > 2.0/3.0){
        uv.y = uv.y - 1.0/3.0;
    }

    gl_FragColor = texture2D(Texture, uv);
}

四分屏

四分屏的显示是屏幕四等分,分别显示缩小的纹理图片,其实现原理如下

image

纹理图片与屏幕的映射既可以是一致的坐标,也可以映射到缩小的坐标,如上图所示。

当实现四分屏时,纹理坐标x、y均需要变化,且屏幕坐标需要与纹理坐标一一映射,例如(x,y)取值(0.5,0.5)需要映射到纹理坐标(1,1)时,x、y均需要乘以2,即0.5 * 2 = 1,变化规则如下:

  • 当 x 在[0, 0.5]范围时,x = x*2
  • 当 x在[0.5, 1]范围时,x = (x-0.5)*2
  • 当 y 在[0, 0.5]范围时,y = y*2
  • 当 y 在[0.5, 1]范围时,y = (y-0.5)*2

片元着色器中main函数的分屏算法代码如下

void main(){

    vec2 uv = TextureCoordsVarying.xy;

    if (uv.x <= 0.5) {
        uv.x = uv.x * 2.0;
    }else{
        uv.x = (uv.x - 0.5) * 2.0;
    }

     if (uv.y <= 0.5) {
           uv.y = uv.y * 2.0;
       }else{
           uv.y = (uv.y - 0.5) * 2.0;
       }

    gl_FragColor = texture2D(Texture, uv);
}

六分屏

六分屏是二分屏的演变,其实现原理如下

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当实现六分屏时,纹理坐标x、y均需要变化,其变化规则如下:

  • 当 x 在[0, 1/3]范围时,x = x+1/3
  • 当 x 在[1/3, 2/3]范围时,x 不变
  • 当 x 在[2/3, 1]范围时,x = x-1/3
  • 当 y 在[0, 0.5]范围时,y = y+0.25
  • 当 y 在[0.5, 1]范围时,y = y-0.24

片元着色器中main函数的分屏算法代码如下

void main(){

    vec2 uv = TextureCoordsVarying.xy;

    if (uv.x <= 1.0/3.0) {
        uv.x = uv.x + 1.0/3.0;
    }else if (uv.x >= 2.0/3.0){
        uv.x = uv.x - 1.0/3.0;
    }

     if (uv.y <= 0.5) {
         uv.y = uv.y + 0.25;
     }else{
         uv.y = uv.y - 0.25;
       }

    gl_FragColor = texture2D(Texture, uv);
}

九分屏

九分屏是4分屏的演变,其实现原理如下

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当实现九分屏时,纹理坐标x、y均需要变化,其变化规则如下:

  • 当 x 在[0, 1/3]范围时,x = x*3
  • 当 x 在[1/3, 2/3]范围时,x = (x-1/3)*3
  • 当 x 在[2/3, 1]范围时,x = (x-2/3)*3
  • 当 y 在[0, 1/3]范围时,y= y*3
  • 当 y 在[1/3, 2/3]范围时,y = (y-1/3)*3
  • 当 y在[2/3, 1]范围时,y = (y-2/3)*3

片元着色器中main函数的分屏算法代码如下

void main(){

    vec2 uv = TextureCoordsVarying.xy;

    if (uv.x <= 1.0/3.0) {
        uv.x = uv.x * 3.0;
    }else if (uv.x >= 2.0/3.0){
        uv.x = (uv.x - 2.0/3.0) * 3.0;
    }else{
        uv.x = (uv.x - 1.0/3.0)*3.0;
    }

    if (uv.y <= 1.0/3.0) {
        uv.y = uv.y * 3.0;
    }else if (uv.y >= 2.0/3.0){
        uv.y = (uv.y - 2.0/3.0) * 3.0;
    }else{
        uv.y = (uv.y - 1.0/3.0)*3.0;
    }

    gl_FragColor = texture2D(Texture, uv);
}

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