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我用 OpenGL 实现了那些年流行的相机滤镜

news 来源：原创 2024/4/19 16:32:28

OpenGL ES 相机基础滤镜

上文中我们通过 ImageReader 获取到 Camera2 预览的 YUV 数据，然后利用 OpenGLES 渲染实现相机预览，这一节将利用 GLSL （OpenGL 着色器语言）基于不同的着色器实现多种基础滤镜。

内建函数	函数说明
float distance (genType p0, genType p1)	计算向量 p0 ，p1 之间的距离
float length (genType x)	返回向量 x 的长度
genType floor (genType x)	返回小于等于 x 的最大整数值
genType ceil (genType x)	返回大于等于 x 的最小整数值
genType mod (genType x, float y)	返回 x – y * floor (x / y) ，即求模计算 %
float dot (genType x, genType y)	向量 x ，y 之间的点积
vec3 cross (vec3 x, vec3 y)	向量 x ，y 之间的叉积
genType normalize (genType x)	标准化向量，返回一个方向和 x 相同但长度为 1 的向量

GLSL 一些使用频率比较高的内建函数

动态网格

动态网格滤镜主要是将纹理划分为多个网格，然后根据一个偏移量动态改变网格线的宽度。mod 和 floor 为 GLSL 的内建函数，分别表示取模和取整。需要注意的是，计算之前需要将纹理坐标系转换为图片坐标系，保证网格没有被拉伸。

//dynimic mesh 动态网格着色器
#version 100
precision highp float;
varying vec2 v_texcoord;
uniform lowp sampler2D s_textureY;
uniform lowp sampler2D s_textureU;
uniform lowp sampler2D s_textureV;
uniform float u_offset;//偏移量
uniform vec2 texSize;//纹理尺寸
vec4 YuvToRgb(vec2 uv) {
    float y, u, v, r, g, b;
    y = texture2D(s_textureY, uv).r;
    u = texture2D(s_textureU, uv).r;
    v = texture2D(s_textureV, uv).r;
    u = u - 0.5;
    v = v - 0.5;
    r = y + 1.403 * v;
    g = y - 0.344 * u - 0.714 * v;
    b = y + 1.770 * u;
    return vec4(r, g, b, 1.0);
}
void main()
{
    vec2 imgTexCoord = v_texcoord * texSize;//将纹理坐标系转换为图片坐标系
    float sideLength = texSize.y / 6.0;//网格的边长
    float maxOffset = 0.15 * sideLength;//设置网格线宽度的最大值
    float x = mod(imgTexCoord.x, floor(sideLength));
    float y = mod(imgTexCoord.y, floor(sideLength));

    float offset = u_offset * maxOffset;

    if(offset <= x
    && x <= sideLength - offset
    && offset <= y
    && y <= sideLength - offset)
    {
        gl_FragColor = YuvToRgb(v_texcoord);
    }
    else
    {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
    }
}

分屏

四分屏

分屏滤镜的原理是在多个指定区域内对整个纹理进行下采样（缩小），从而实现整个图像在多个区域内多次显示。

//分屏（四分屏）
#version 100
precision highp float;
varying vec2 v_texcoord;
uniform lowp sampler2D s_textureY;
uniform lowp sampler2D s_textureU;
uniform lowp sampler2D s_textureV;
vec4 YuvToRgb(vec2 uv) {
    float y, u, v, r, g, b;
    y = texture2D(s_textureY, uv).r;
    u = texture2D(s_textureU, uv).r;
    v = texture2D(s_textureV, uv).r;
    u = u - 0.5;
    v = v - 0.5;
    r = y + 1.403 * v;
    g = y - 0.344 * u - 0.714 * v;
    b = y + 1.770 * u;
    return vec4(r, g, b, 1.0);
}
void main()
{
    vec2 newTexCoord = v_texcoord;
    if(newTexCoord.x < 0.5)
    {
        newTexCoord.x = newTexCoord.x * 2.0;
    }
    else
    {
        newTexCoord.x = (newTexCoord.x - 0.5) * 2.0;
    }

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

    gl_FragColor = YuvToRgb(newTexCoord);
}

缩放的圆

缩放的圆效果实现主要依赖偏移量来动态改变圆半径的大小，在半径区域内对纹理采样显示图像，在半径区域外返回一个固定颜色（如白色）。distance 也是 GLSL 的内建函数，用于计算两点之间的距离。另外需要注意是，在计算之前首先要将纹理坐标系转换为图片坐标系，否则绘制的将会是一个椭圆形图像（图像宽高不同的情况下），想一想为什么会这样？

//scale circle 缩放的圆
#version 100
precision highp float;
varying vec2 v_texcoord;
uniform lowp sampler2D s_textureY;
uniform lowp sampler2D s_textureU;
uniform lowp sampler2D s_textureV;
uniform float u_offset;
uniform vec2 texSize;
vec4 YuvToRgb(vec2 uv) {
    float y, u, v, r, g, b;
    y = texture2D(s_textureY, uv).r;
    u = texture2D(s_textureU, uv).r;
    v = texture2D(s_textureV, uv).r;
    u = u - 0.5;
    v = v - 0.5;
    r = y + 1.403 * v;
    g = y - 0.344 * u - 0.714 * v;
    b = y + 1.770 * u;
    return vec4(r, g, b, 1.0);
}
void main()
{
    vec2 imgTex = v_texcoord * texSize;//将纹理坐标系转换为图片坐标系
    float r = (u_offset + 0.208 ) * texSize.x;
    if(distance(imgTex, vec2(texSize.x / 2.0, texSize.y / 2.0)) < r)
    {
        gl_FragColor = YuvToRgb(v_texcoord);
    }
    else
    {
        gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
    }
}

在计算之前首先要将纹理坐标系转换为图片坐标系，其原因在于纹理纵横坐标的取值范围均为 [0, 1] ，从数值上看纹理的纵横方向长度相同，但是在 OpenGL 采样时，图像的宽高比往往不是 1 ，这就导致了数值相同的纵横坐标，对应不同的采样权重，出现了预期绘制圆形而实际上却绘制出椭圆的情况。

实现代码路径见阅读原文。

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