本案例的目的是理解如何用GLSL实现缩放+灵魂出窍+抖动+闪白+毛刺+幻觉6中动效滤镜
准备工作
准备工作的代码与OpenGL ES 案例11：分屏滤镜中一致，只需要修改相应的底部item数组及对应的着色器名称等，这里不再说明这部分内容
滤镜算法
6种滤镜的思路及实现如下所示
6种滤镜算法汇总
下面只针对滤镜的自定义着色器中的GLSL代码进行解释说明
缩放滤镜
缩放原理：通过修改顶点着色器中的顶点和纹理的映射关系实现缩放
缩放效果如下
缩放的滤镜算法主要有以下几步：
- 通过mod取模函数计算当前时间戳对应的时间周期
- 计算顶点的放大倍数，即缩放的振幅，范围是[1.0, 1.3]
- 计算顶点坐标按照振幅缩放后的坐标
如下图所示
缩放滤镜算法图示
顶点着色器
attribute vec4 Position; attribute vec2 TextureCoords; varying vec2 TextureCoordsVarying; //时间戳（随着定时器的方法调用及时更新）:从0开始一直递增 uniform float Time; const float PI = 3.1415926; void main(){ //一次缩放效果的时长 float duration = 0.6; //最大缩放幅度 float maxAmplitude = 0.3; //表示传入的事件周期，即time的范围被控制在0.0~0.6 //mod(a, b)，求模运算 等价于 a%b，GLSL中不支持%求模 float time = mod(Time,duration); //amplitude表示振幅，引入PI的目的是为了使用sin函数，将amplitude的范围控制在1.0 ~ 1.3之间，并随着时间变化 //这里可以不用取绝对值，因为角度的范围是【0，π】，不会出现负数的情况 float amplitude = 1.0 + maxAmplitude * abs(sin(time * (PI / duration))); //放大关键代码：将顶点坐标的x和y分别乘以一个放大系数，即振幅，在纹理坐标不变的情况下，就达到了拉伸的效果 //xy放大，zw保持不变 gl_Position = vec4(Position.x * amplitude, Position.y * amplitude, Position.zw); //纹理坐标传递给TextureCoordsVarying TextureCoordsVarying = TextureCoords; }
振幅的计算可以不用abs函数，主要是因为
time * (PI / duration的角度范围始终是在[0, π]范围内的，而这个范围内的sin函数的结果范围是[0,1]，所以可以不用abs函数取绝对值除了缩放需要在顶点着色器中实现，其余的滤镜效果都是在片元着色器中实现。其实缩放也是可以在片元着色器中实现的。
灵魂出窍滤镜
原理：通过在原图上叠加一个图层，将两个图层进行颜色混合实现，且上面的叠加的层随着时间推移逐渐放大且透明度降低至0，以此循环往复。需要在片元着色器中进行滤镜算法
灵魂出窍滤镜效果如下：
滤镜算法步骤：
- 根据当前时间戳计算当前周期在一个周期时长中的百分比，即进度
- 计算当前进度对应的透明度
- 计算当前进度对应的缩放比例
- 获取放大后的纹理坐标
- 获取原纹理坐标 & 放大纹理坐标的纹素
- 将原纹理和放大后的纹理进行颜色混合
下图是灵魂出窍中动效的计算过程图示
片元着色器
precision highp float; uniform sampler2D Texture; varying vec2 TextureCoordsVarying; //时间戳 uniform float Time; void main (void) { //一次灵魂出窍效果的时长 float duration = 0.7; //透明度上限值 float maxAlpha = 0.4; //图片放大的上限 float maxScale = 1.8; //当前进度（时间戳与时长使用mod取模）,再除以时长 得到【0， 1】，即百分比 float progress = mod(Time, duration) / duration; // 0~1 //当前透明度 【0.4， 0】 float alpha = maxAlpha * (1.0 - progress); //当前缩放比例 【1.0， 1.8】 float scale = 1.0 + (maxScale - 1.0) * progress; //获取放大后的纹理坐标 //将顶点坐标对应的纹理坐标的x/y值到中心点的距离，缩小一定的比例，仅仅只是改变了纹理坐标，而保持顶点坐标不变，从而达到拉伸效果 float weakX = 0.5 + (TextureCoordsVarying.x - 0.5) / scale; float weakY = 0.5 + (TextureCoordsVarying.y - 0.5) / scale; vec2 weakTextureCoords = vec2(weakX, weakY); //获取当前像素点纹理坐标，放大后的纹理坐标 vec4 weakMask = texture2D(Texture, weakTextureCoords); vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsVarying); //2、颜色混合 内建函数mix / 混合方程式 gl_FragColor = mask * (1.0 - alpha) + weakMask * alpha; }
抖音抖动滤镜
原理：颜色偏移 + 微弱的放大效果，即先将纹理放大，然后将放大后的纹理坐标的纹素进行颜色偏移
抖动滤镜效果如下：
抖动滤镜的算法步骤：
- 根据当前时间戳计算当前进度的百分比
- 计算当前进度对应的颜色偏移
- 计算当前进度对应的缩放比例
- 获取放大后的纹理坐标
- 将放大后的纹理纹素进行颜色偏移，获得3组颜色
- 从3组颜色中分别获取RGBA的值
其中获取时间戳、计算当前进度值的图示与灵魂出窍中一致，下图是颜色偏移&缩放比例的计算，以及在时间戳递增过程中，抖动滤镜的变化过程
片元着色器
void main(){ //一次抖动效果的时长 float duration = 0.7; //放大图片的上限 float maxScale = 1.1; //颜色偏移的步长 float offset = 0.02; //进度 0 ~ 1 float progress = mod(Time, duration) / duration; //颜色偏移值0 ~ 0.02 vec2 offsetCoords = vec2(offset, offset) * progress; //缩放比例 1.0 ~ 1.1 float scale = 1.0 + (maxScale - 1.0) * progress; //放大后的纹理坐标 //下面这种向量相加减的方式 等价于 灵魂出窍滤镜中的单个计算x、y坐标再组合的为纹理坐标的方式 vec2 ScaleTextureCoords = vec2(0.5, 0.5) + (TextureCoordsVarying - vec2(0.5, 0.5)) / scale; //获取三组颜色：颜色偏移计算可以随意，只要偏移量很小即可 //原始颜色 + offset vec4 maskR = texture2D(Texture, ScaleTextureCoords + offsetCoords); //原始颜色 - offset vec4 maskB = texture2D(Texture, ScaleTextureCoords - offsetCoords); //原始颜色 vec4 mask = texture2D(Texture, ScaleTextureCoords); //从3组颜色中分别取出 红色R，绿色G，蓝色B，透明度A填充到内置变量gl_FragColor内 gl_FragColor = vec4(maskR.r, maskB.g, mask.b, mask.a); }
闪白滤镜
原理：在原图上添加一个白色遮罩，且白色图层的透明度随着时间推移而变化，并与原图进行颜色混合
闪白效果如下：
闪白滤镜效果
闪白滤镜的算法步骤：
- 通过mod函数计算当前时间戳对应的时间周期
- 设置一个白色遮罩
- 计算白色遮罩的振幅，振幅范围是[0,0, 1.0]
- 获取原图纹理的纹素，并与白色遮罩颜色混合
颜色混合的方式有多种，常用的一般是mix函数或者默认的混合方程式：mask*(1-alpha + weakMask*alpha
算法的计算过程图示如下
片元着色器
precision highp float; uniform sampler2D Texture; varying vec2 TextureCoordsVarying; //时间戳 uniform float Time; //PI常量 const float PI = 3.1415926; void main(){ //一次闪白的时长 float duration = 0.6; //将时间戳转换到一个周期内，范围是0 ~ 0.6 float time = mod(Time, duration); //白色遮罩 vec4 whiteMask = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); // 振幅，范围是0 ~ 1 // float amplitude = abs(sin(time * (PI / duration))); float amplitude = sin(time * (PI / duration)); //获取纹理坐标对应的纹素颜色值 vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsVarying); //利用mix内置函数进行颜色混合，属于线性混合 gl_FragColor = mix(mask, whiteMask, amplitude); }
毛刺滤镜
原理：撕裂+微弱的颜色偏移，即设定一个阈值，当像素点的偏移值小于阈值时，才进行偏移，反之，则乘以一个缩小系数，最终的呈现效果就是 绝大部分都会进行微小的偏移，只有少量的行会进行较大偏移
毛刺滤镜效果如下：
毛刺滤镜算法：
- mod函数计算时间周期
- 计算振幅，范围是「0, 1]
- 获取像素点随机偏移值，范围是[-1,1]
- 判断是否需要偏移 & 计算纹理的x坐标
- 需要偏移，撕裂较大，即x的颜色偏移较大
- 不需要，撕裂较小，即x的颜色偏移值很微小
- 获取撕裂后的纹理坐标
- 计算撕裂后的3组纹素，并获取不同组中的RGBA值
以上几步的计算过程图示如下
片元着色器
precision highp float; uniform sampler2D Texture; varying vec2 TextureCoordsVarying; //时间戳 uniform float Time; //PI常量 const float PI = 3.1415926; //随机数 float rand(float n){ //fract(x)返回x的小数部分 //返回 sin(n) * 43758.5453123 //sin(n) * 极大值，带小数点，想要随机数算的比较低，乘的数就必须较大，噪声随机 //如果想得到【0，1】范围的小数值，可以将sin * 1 //如果只保留小数部分，乘以一个极大值 return fract(sin(n) * 43758.5453123); } void main(){ //最大抖动上限 float maxJitter = 0.06; //一次毛刺效果的时长 float duration = 0.3; //红色颜色偏移 float colorROffset = 0.01; //绿色颜色偏移 float colorBOffset = -0.025; //表示将传入的事件转换到一个周期内，范围是 0 ~ 0.6，抖动时长变成0.6 float time = mod(Time, duration * 2.0); //振幅，随着时间变化，范围是[0, 1] float amplitude = max(sin(time * (PI / duration)), 0.0); //像素随机偏移范围 -1 ~ 1，* 2.0 - 1.0是为了得到【-1，1】范围内的随机值 float jitter = rand(TextureCoordsVarying.y) * 2.0 - 1.0; //判断是否需要偏移，如果jitter范围 < 最大范围*振幅 // abs(jitter) 范围【0，1】 // maxJitter * amplitude 范围【0， 0.06】 bool needOffset = abs(jitter) < maxJitter * amplitude; //获取纹理x坐标，根据needOffset来计算它的x撕裂 //needOffset = YES，则撕裂大 //needOffset = NO，则撕裂小，需要降低撕裂 = *振幅*非常细微的数 float textureX = TextureCoordsVarying.x + (needOffset ? jitter : (jitter * amplitude * 0.006)); //获取纹理撕裂后的x、y坐标 vec2 textureCoords = vec2(textureX, TextureCoordsVarying.y); //颜色偏移：获取3组颜色 //撕裂后的原图颜色 vec4 mask = texture2D(Texture, textureCoords); //根据撕裂计算后的纹理坐标，获取纹素 vec4 maskR = texture2D(Texture, textureCoords + vec2(colorROffset * amplitude, 0.0)); //根据撕裂计算后的纹理坐标，获取纹素 vec4 maskB = texture2D(Texture, textureCoords + vec2(colorBOffset * amplitude, 0.0)); //颜色主要撕裂，红色和蓝色部分，所以只调整红色 gl_FragColor = vec4(maskR.r, mask.g, maskB.b, mask.a); }
GLSL中没有随机值的函数，需要通过自定义函数，利用fract函数获得随机数
幻觉滤镜
原理：残影+颜色偏移的叠加
- 残影：是每隔一段时间，就会新建一个图层，且该图层以红色为主，随着时间推移透明度逐渐降低，于是可以在一个周期时长内看到很多不同透明度的层叠加在一起，从而形成残影，让图片随着时间做圆周运动
- 颜色偏移：图片在移动的过程中是蓝色在前，红色在后，即在移动的过程中，每间隔一段时间，遗失了一部分红色通道的值在原来的位置，并且这部分红色通道的值，随着时间偏移，会逐渐恢复。
幻觉滤镜效果如下：
幻觉滤镜算法：
- 通过mod函数计算当前时间周期
- 设置放大倍数
- 计算放大后的纹理坐标
- 获取转全过程中像素点的纹素
- 通过for循环来新建图层，即幻影颜色
- 获取由原始图层和新建层叠加的颜色
计算过程图示如下
片元着色器
precision highp float; uniform sampler2D Texture; varying vec2 TextureCoordsVarying; uniform float Time; const float PI = 3.1415926; //一次幻觉效果的时长，即周期 const float duration = 2.0; //这个函数可以计算出，在某个时刻图片的具体位置，通过它可以每经过一段时间，去生成一个新的mask //转圈产生幻影的单个像素点的颜色值 vec4 getMask(float time, vec2 textureCoords, float padding) { //圆心坐标 vec2 translation = vec2(sin(time * (PI * 2.0 / duration)),cos(time * (PI * 2.0 / duration))); //新的纹理坐标 = 原始纹理坐标 + 偏移量 * 圆周坐标（新的图层与图层之间是有间距的，所以需要偏移） vec2 translationTextureCoords = textureCoords + padding * translation; //根据新的纹理坐标获取新图层的纹素 vec4 mask = texture2D(Texture, translationTextureCoords); return mask; } //这个函数可以计算出，某个时刻创建的层，在当前时刻的透明度 //进度： float maskAlphaProgress(float currentTime, float hideTime, float startTime) { //mod（时长+持续时间 - 开始时间，时长）得到一个周期内的time float time = mod(duration + currentTime - startTime, duration); //如果小于0.9，返回time，反之，返回0.9 return min(time, hideTime); } void main(){ //将传入的时间戳转换到一个周期内，time的范围是【0，2】 //获得时间周期 float time = mod(Time, duration); //放大后的倍数 float scale = 1.2; //偏移量 = 0.083 float padding = 0.5 * (1.0 - 1.0 / scale); //放大后的纹理坐标 vec2 textureCoords = vec2(0.5, 0.5) + (TextureCoordsVarying - vec2(0.5, 0.5)) / scale; //新建层的隐藏时间 即新建层什么时候隐藏 float hideTime = 0.9; //时间间隔：隔0.2s创建一个新层 float timeGap = 0.2; //注意：只保留了红色的透明的通道值，因为幻觉效果残留红色 //幻影残留数据 //max RGB alpha //新图层的 R透明度 float maxAlphaR = 0.5; //新图层的 G透明度 float maxAlphaG = 0.05; //新图层的 B透明度 float maxAlphaB = 0.05; //获取新的图层的坐标，需要传入时间、纹理坐标、偏移量 vec4 mask = getMask(time, textureCoords, padding); //RGB ：for循环中使用 float alphaR = 1.0; float alphaG = 1.0; float alphaB = 1.0; //最终图层颜色：初始化 vec4 resultMask = vec4(0, 0, 0, 0); //循环：每一层循环都会得到新的图层的颜色，即幻影颜色 //一次循环只是计算一个像素点的纹素，需要在真机运行。模拟器会卡，主要是模拟器上是CPU模拟GPU的 for (float f = 0.0; f < duration; f += timeGap) { float tmpTime = f; //获取到【0，2】s内所获取的运动后的纹理坐标 //获得幻影当前时间的颜色值 vec4 tmpMask = getMask(tmpTime, textureCoords, padding); //某个时刻创建的层，在当前时刻的红绿蓝的透明度 //临时的透明度 = 根据时间推移RGB的透明度发生变化 //获得临时的红绿蓝透明度 float tmpAlphaR = maxAlphaR - maxAlphaR * maskAlphaProgress(time, hideTime, tmpTime) / hideTime; float tmpAlphaG = maxAlphaG - maxAlphaG * maskAlphaProgress(time, hideTime, tmpTime) / hideTime; float tmpAlphaB = maxAlphaB - maxAlphaB * maskAlphaProgress(time, hideTime, tmpTime) / hideTime; //累计每一层临时RGB * RGB的临时透明度 //结果 += 临时颜色 * 透明度，即刚产生的图层的颜色 resultMask += vec4(tmpMask.r * tmpAlphaR,tmpMask.g * tmpAlphaG,tmpMask.b * tmpAlphaB,1.0); //透明度递减 alphaR -= tmpAlphaR; alphaG -= tmpAlphaG; alphaB -= tmpAlphaB; } //最终颜色 += 原始纹理的RGB * 透明度 resultMask += vec4(mask.r * alphaR, mask.g * alphaG, mask.b * alphaB, 1.0); //将最终颜色填充到像素点里 gl_FragColor = resultMask; }
代码中的getMask函数中，由于sin和cos的都是取值范围是[-1, 1]，其中对纹理坐标的偏移，可以理解为某一个像素点围绕原纹理坐标在做圆周运动，即效果图中的转圈，如下图所示
幻觉转圈过程解析
