OpenGL ES 案例11：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

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

视图控制器整体流程

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

ilterInit函数流程

据图示，分为以下几部分

• setupContext函数：设置上下文
  

setupContext函数流程

setupLayer函数：创建layer & 绑定渲染和帧缓存区

setupLayer函数流程

setupVertexData函数：设置顶点数据 & 顶点缓存区

setupTexture函数：图片解压缩 & 加载纹理

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

setupNormalShaderProgram函数流程

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

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

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

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

四分屏原理

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

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

九分屏原理

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);
}