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準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作的代碼與分屏demo<13-2.GLSL-分屏濾鏡案例>中一致，只需要修改相應(yīng)的底部item數(shù)組及對(duì)應(yīng)的著色器名稱等
頂點(diǎn)著色器也沒有任何變化，主要是片元著色器中的實(shí)現(xiàn)濾鏡算法

灰度濾鏡

灰度濾鏡的實(shí)現(xiàn)原理是讓RGB值保持一個(gè)平衡并填充，或者只保留一個(gè)亮度值，即綠色，在人眼中，綠色的亮度是最顯眼的，綠色值越深，在肉眼觀察中圖片越暗淡，這是眼睛的一種生理現(xiàn)象。

灰度濾鏡公式

浮點(diǎn)算法：Gray=R*0.3+G*0.59+B*0.11(RGB的權(quán)重總和為1)
整數(shù)?法：Gray=(R*30+G*59+B*11)/100(RGB的權(quán)重總和為100)
移位?法：Gray =(R*76+G*151+B*28)>>8
平均值法：Gray=(R+G+B)/3(處理后的圖片比較柔和)
僅取綠?：Gray=G(這種方式方便簡(jiǎn)單，且易用)

在片元著色器中分別使用浮點(diǎn)算法和僅取綠色來實(shí)現(xiàn)灰度處理。

1. 浮點(diǎn)算法

首先設(shè)定一個(gè)權(quán)重，權(quán)重借鑒了GPUImage的權(quán)重，綠色值最高是因?yàn)槿藗儗?duì)綠色敏感度最高

const highp vec3 W = vec3(0.2125,0.7154,0.0721);

然后計(jì)算出紋素中的灰度值，dot指的是點(diǎn)乘

//計(jì)算灰度值
float luminance = dot(mask.rgb,W);

最后將灰度值轉(zhuǎn)化為紋素返回給gl_FragColor

gl_FragColor = vec4(vec3(luminance),0.1);

浮點(diǎn)算法完整的片元著色器代碼

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;
const highp vec3 W = vec3(0.2125,0.7154,0.0721);

void main (void) {
    //獲取對(duì)應(yīng)紋理坐標(biāo)系下色顏色值
    vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsVarying);
    //獲取灰度值
    float luminance = dot(mask.rgb,W);
    //將灰度值轉(zhuǎn)化成顏色值
    gl_FragColor = vec4(vec3(luminance),0.1);
}

浮點(diǎn)算法效果

浮點(diǎn)算法效果

2. 僅取綠?算法

僅取綠?算法完整的片元著色器代碼

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main (void) {
    //獲取對(duì)應(yīng)紋理坐標(biāo)系下色顏色值
    vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsVarying);
    //將RGB全部設(shè)置為G，即GRB全部取綠色值
    gl_FragColor = vec4(vec3(mask.g), 1.0);
}

僅取綠?算法效果

僅取綠?算法效果

顛倒濾鏡

要實(shí)現(xiàn)顛倒濾鏡，實(shí)質(zhì)是將圖片上下倒過來，圍繞Y軸將每個(gè)像素的坐標(biāo)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)顛倒濾鏡。

在片元著色器中，翻轉(zhuǎn)紋理坐標(biāo)y值，實(shí)現(xiàn)顛倒濾鏡

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main()
    vec4 mask = texture2D(Texture, vec2(TextureCoordsVarying.x, 1.0-TextureCoordsVarying.y));
    gl_FragColor = vec4(mask.rgb, 1.0);
}

顛倒濾鏡效果

顛倒濾鏡效果

馬賽克濾鏡

主要是實(shí)現(xiàn)不同馬賽克樣式的濾鏡，主要有以下三種樣式

正方形
六邊形
三角形

正方形馬賽克

原理：把圖片的一個(gè)相當(dāng)大小的區(qū)域用同一個(gè)顏色值來表示，可以認(rèn)為是大規(guī)模的降低圖像的分辨率，從而讓圖像的一些細(xì)節(jié)隱藏起來

正方形馬賽克濾鏡算法主要有以下幾步：

根據(jù)紋理坐標(biāo)計(jì)算實(shí)際圖像中的位置，相當(dāng)于將紋理顏色區(qū)放大
計(jì)算出一個(gè)小馬賽克的坐標(biāo)，即找到馬賽克提取顏色值的像素點(diǎn)
將馬賽克坐標(biāo)換算回紋理坐標(biāo)，即將紋理顏色區(qū)縮小

正方形馬賽克濾鏡算法步驟

正方形馬賽克代碼實(shí)現(xiàn)

1.假定紋理的大小和馬賽克的大小(馬賽克設(shè)置的越小，馬賽克越密集)

//假設(shè)紋理大小為400.0 * 400.0
const vec2 TextSize = vec2(400.0,400.0);
//設(shè)置馬賽克大小為10.0 * 10.0
const vec2 MosaicSize = vec2(10.0,10.0);

獲取馬賽克在假設(shè)紋理中的實(shí)際坐標(biāo)

//獲取紋理中的實(shí)際坐標(biāo)
vec2 intXY = vec2(TextureCoordsVarying.x * TextSize.x , TextureCoordsVarying.y * TextSize.y);

計(jì)算一個(gè)小馬賽克的坐標(biāo)

//計(jì)算小馬賽克的坐標(biāo)
vec2 XYMosaic = vec2(floor(intXY.x/MosaicSize.x) * MosaicSize.x , floor(intXY.y/MosaicSize.y) * MosaicSize.y);

floor()是GLSL的一個(gè)內(nèi)建函數(shù),返回?于/等于X的最?整數(shù)值，即向下取整。

最后換算出在紋理坐標(biāo)中的位置

//獲取紋理坐標(biāo)中的位置
vec2 UVMosaic = vec2(XYMosaic.x / TextSize.x , XYMosaic.y / TextSize.y);

賦值給gl_FragColor

    vec4 mask = texture2D(Texture, UVMosaic);
    gl_FragColor = mask;

正方形馬賽克片元著色器整體代碼如下:

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
const vec2 TextSize = vec2(400.0,400.0);
const vec2 MosaicSize = vec2(10.0,10.0);
varying vec2 TextureCoordsVarying;

void main (void) {
    vec2 intXY = vec2(TextureCoordsVarying.x * TextSize.x , TextureCoordsVarying.y * TextSize.y);
    vec2 XYMosaic = vec2(floor(intXY.x/MosaicSize.x) * MosaicSize.x , floor(intXY.y/MosaicSize.y) * MosaicSize.y);
    vec2 UVMosaic = vec2(XYMosaic.x / TextSize.x , XYMosaic.y / TextSize.y);
    vec4 mask = texture2D(Texture, UVMosaic);
    gl_FragColor = mask;
}

正方形馬賽克濾鏡效果

正方形馬賽克濾鏡效果

六邊形馬賽克

六邊形馬賽克原理：將一張圖片，分割成由六邊形組成，再取每個(gè)六邊形的中心點(diǎn)畫出一個(gè)個(gè)的矩形，根據(jù)矩形的奇偶排列情況求出對(duì)應(yīng)的2個(gè)中心點(diǎn)，并計(jì)算紋理坐標(biāo)與兩個(gè)中心點(diǎn)的距離，根據(jù)距離判斷，采取就近原則，當(dāng)前的六邊形就采用近的中心點(diǎn)的顏色值。

將圖片分割成六邊形，六邊形中心點(diǎn)畫出矩形后的呈現(xiàn)如下所示

六邊形

濾鏡算法主要實(shí)現(xiàn)步驟有：

設(shè)置矩形的長(zhǎng)寬比例值TR、TB（TB：TR 符合比例3：√3）
其中長(zhǎng)寬比為3：√3，計(jì)算過程如下：

image
獲取紋理坐標(biāo)的x，y
根據(jù)紋理坐標(biāo)計(jì)算對(duì)應(yīng)的矩形坐標(biāo)wx、wy
假設(shè)矩陣的比例為3*len：√3*len，那么紋理坐標(biāo)（x，y）對(duì)應(yīng)的矩陣坐標(biāo)為

image
根據(jù)行列的奇偶情況，求對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)紋理坐標(biāo)v1、v2
- 偶行偶列：（0，0）（1，1）/，即左上、右下
- 偶行奇列：（0，1）（1，0）\，即左下、右上
- 奇行偶列：（0，1）（1，0）\，即左下、右上
- 奇行奇列：（0，0）（1，1）/，即左上、右下
  最終匯總起來也只有2種情況，（0，0）（1，1）和（0，1）（1，0），如下圖所示
  
  image

其中單個(gè)矩陣中，4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式如下：

對(duì)于計(jì)算中的wx+1，拿（1，0）點(diǎn)來說，wx+1等同于（1，0）與（0，0）之間相差一個(gè)矩形的長(zhǎng)，這個(gè)長(zhǎng)度為1，為了得到（1，0）點(diǎn)的坐標(biāo)，要在（0，0）點(diǎn)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，將wx增加一個(gè)長(zhǎng)
對(duì)于計(jì)算中的wy+1，拿（0，1）點(diǎn)來說，wy+1等同于（0，0）與（0，1）之間相差一個(gè)矩形的高，這個(gè)長(zhǎng)度為1，為了得到（0，1）點(diǎn)的坐標(biāo)，要在（0，0）點(diǎn)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，將wy增加一個(gè)高

4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式

左上角，vec2(length * 1.5 * float(wx), length * TR * float(wy))
左下角，vec2(length * 1.5 * float(wx), length * TR * float(wy + 1))
右上角，vec2(length * 1.5 * float(wx + 1), length * TR * float(wy))
右下角，vec2(length * 1.5 * float(wx + 1), length * TR * float(wy + 1))

根據(jù)距離公式求像素點(diǎn)(紅色點(diǎn))距離兩個(gè)中心點(diǎn)的距離s1、s2
- s1 = √（（v1.x-x）2 + （v1.y-y）2）
- s2 = √（（v2.x-x）2 + （v2.y-y）2）
  如圖所示，
  
  求像素點(diǎn)(紅色點(diǎn))距離

根據(jù)求出的距離，判斷離哪個(gè)中心點(diǎn)近，就取哪個(gè)六邊形的中心點(diǎn)顏色值為六邊形的顏色值

六邊形馬賽克片元著色器整體代碼如下:

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;
//六邊形的邊長(zhǎng)
const float mosaicSize = 0.03;

void main(){
    
    float length = mosaicSize;
    //矩形的高的比例為√3，取值 √3/2 ，也可以直接取√3
    float TR = 0.866025;
    //矩形的長(zhǎng)的比例為3，取值 3/2 = 1.5，也可以直接取3
    float TB = 1.5;
    
    //取出紋理坐標(biāo)
    float x = TextureCoordsVarying.x;
    float y = TextureCoordsVarying.y;
    
    //根據(jù)紋理坐標(biāo)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的矩陣坐標(biāo) 
    //即 矩陣坐標(biāo)wx = int（紋理坐標(biāo)x/ 矩陣長(zhǎng)），矩陣長(zhǎng) = TB*len
    //即 矩陣坐標(biāo)wy = int（紋理坐標(biāo)y/ 矩陣寬），矩陣寬 = TR*len
    int wx = int(x / TB / length);
    int wy = int(y / TR / length);
    vec2 v1, v2, vn;
    
    //判斷wx是否為偶數(shù)，等價(jià)于 wx % 2 == 0
    if (wx/2 * 2 == wx) {
        if (wy/2 * 2 == wy) {//偶行偶列
            //(0,0),(1,1)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy+1));
        }else{//偶行奇列
            //(0,1),(1,0)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy+1));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy));
        }
    }else{
        if (wy/2 * 2 == wy) {//奇行偶列
            //(0,1),(1,0)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy+1));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy));
        }else{//奇行奇列
            //(0,0),(1,1)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy+1));
        }
    }
    //利用距離公式，計(jì)算中心點(diǎn)與當(dāng)前像素點(diǎn)的距離
    float s1 = sqrt(pow(v1.x-x, 2.0) + pow(v1.y-y, 2.0));
    float s2 = sqrt(pow(v2.x-x, 2.0) + pow(v2.y-y, 2.0));
    
    //選擇距離小的則為六邊形的中心點(diǎn)，且獲取它的顏色
    vn = (s1 < s2) ? v1 : v2;
    //獲取六邊形中心點(diǎn)的顏色值
    vec4 color = texture2D(Texture, vn);
    gl_FragColor = color;
}

六邊形馬賽克濾鏡效果

六邊形馬賽克濾鏡

三角形馬賽克

三角形馬賽克是由六邊形馬賽克演變而來，得到三角形必須先有六邊形，然后將正六邊形6等分，每個(gè)三角形都是正三角形，然后求出紋理坐標(biāo)與中心點(diǎn)的夾角，同時(shí)求出三角形的中心點(diǎn)，根據(jù)夾角判斷，夾角屬于哪個(gè)三角形，就將該三角形的中心點(diǎn)顏色作為整個(gè)三角形的紋素

三角形濾鏡算法步驟是在六邊形濾鏡算法的步驟上增加以下步驟

求出當(dāng)前像素點(diǎn)與紋理中心點(diǎn)的夾角
如下圖所示，紋理坐標(biāo)為（x，y），中心點(diǎn)為vn，求夾角

夾角計(jì)算圖示
計(jì)算6個(gè)三角形的中心點(diǎn)

6個(gè)三角形的中心點(diǎn)計(jì)算圖
判斷夾角屬于哪個(gè)三角形，則獲取哪個(gè)三角形的中心點(diǎn)坐標(biāo)
其中，不同三角形的夾角范圍如圖所示

夾角范圍圖

三角形馬賽克片元著色器代碼：
(在六邊形濾鏡算法（即 vn = (s1 < s2) ? v1 : v2;）后增加代碼)

atan是GLSL中的內(nèi)建函數(shù)，有兩種計(jì)算方式
1、atan(y,x) 值域是[0，π],
2、atan(y/x),值域是[-π/2, π/2]

 //獲取像素點(diǎn)與中心點(diǎn)的角度
   float a = atan((x-vn.x)/(y-vn.y));
    
    //判斷夾角，屬于哪個(gè)三角形，則獲取哪個(gè)三角形的中心點(diǎn)坐標(biāo)
    vec2 area1 = vec2(vn.x, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area2 = vec2(vn.x + mosaicSize / 2.0, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area3 = vec2(vn.x + mosaicSize / 2.0, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area4 = vec2(vn.x, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area5 = vec2(vn.x - mosaicSize / 2.0, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area6 = vec2(vn.x - mosaicSize / 2.0, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
    
    if (a >= PI6 && a < PI6 * 3.0) {
        vn = area1;
    }else if (a >= PI6 * 3.0 && a < PI6 * 5.0){
        vn = area2;
    }else if ((a >= PI6 * 5.0 && a <= PI6 * 6.0) || (a < -PI6 * 5.0 && a > -PI6 * 6.0)){
        vn = area3;
    }else if (a < -PI6 * 3.0 && a >= -PI6 * 5.0){
        vn = area4;
    }else if (a <= -PI6 && a > -PI6 * 3.0){
        vn = area5;
    }else if (a > -PI6 && a < PI6){
        vn = area6;
    }
    //獲取對(duì)應(yīng)三角形重心的顏色值
    vec4 color = texture2D(Texture, vn);
    // 將顏色值填充到片元著色器內(nèi)置變量gl_FragColor
    gl_FragColor = color;

三角形馬賽克濾鏡效果

三角形馬賽克濾鏡

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13-3.GLSL-灰度、顛倒、馬賽克濾鏡分析

13-3.GLSL-灰度、顛倒、馬賽克濾鏡分析

準(zhǔn)備工作

灰度濾鏡

1. 浮點(diǎn)算法

2. 僅取綠?算法

顛倒濾鏡

馬賽克濾鏡

正方形馬賽克

正方形馬賽克代碼實(shí)現(xiàn)

六邊形馬賽克

三角形馬賽克

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13-3.GLSL-灰度、顛倒、馬賽克濾鏡分析

準(zhǔn)備工作

灰度濾鏡

1. 浮點(diǎn)算法

2. 僅取綠?算法

顛倒濾鏡

馬賽克濾鏡

正方形馬賽克

正方形馬賽克代碼實(shí)現(xiàn)

六邊形馬賽克

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13-3.GLSL-灰度、顛倒、馬賽克濾鏡分析