Android基于Shader的圖像處理(2)-幀緩沖區(qū)對象FBO

完整代碼位置:AndroidShaderDemo

幀緩沖區(qū)對象FBO(依高斯模糊為例子說明)

一般情況下,圖像會被渲染到窗口上保礼,但是有些情況需要多次渲染,最后才將最終的渲染圖像輸出到窗口,這時候就需要用到幀緩沖區(qū)對象。用幀緩沖區(qū)對象怕膛,可以先把圖像渲染到紋理,然后操作這個紋理秦踪。FBO的學(xué)習(xí)可以參考[gpuimage]的Gaussian Blur褐捻。因為Gaussian Blur filter封裝了很多東西,這里為了清楚說明幀緩沖區(qū)對象的使用椅邓,在AndroidShaderDemo里重新寫了這部分柠逞,可以參考 TwoFilterRender,里面包含兩個Program:

TwoFilterOneProgram twoFilterOneProgram;//第一步用的shader景馁,渲染到FBO
TwoFilterTwoProgram twoFilterTwoProgram;//第二步用的shader板壮,渲染到屏幕

Gaussian Blur filter里兩次渲染用的shader其實是一樣的,這里區(qū)分開合住,比如vertex shader绰精,這里分別寫成兩個文件two_filter_one_vertex_shader撒璧,two_filter_two_vertex_shader,里面代碼是一樣的笨使。這里看下vertex shader代碼:

attribute vec4 a_Position;
attribute vec2 a_TextureCoordinates;
varying vec2 v_TextureCoordinates;
const int GAUSSIAN_SAMPLES = 9;
uniform float texelWidthOffset;
uniform float texelHeightOffset;
varying vec2 blurCoordinates[GAUSSIAN_SAMPLES];

void main()
{
   gl_Position = a_Position;
   v_TextureCoordinates = a_TextureCoordinates.xy;

   int multiplier = 0;
   vec2 blurStep;
   vec2 singleStepOffset = vec2(texelHeightOffset, texelWidthOffset);

   for (int i = 0; i < GAUSSIAN_SAMPLES; i++){//生成個3X3矩陣
      multiplier = (i - ((GAUSSIAN_SAMPLES - 1) / 2));
      blurStep = float(multiplier) * singleStepOffset;
      blurCoordinates[i] = a_TextureCoordinates.xy + blurStep;
   }
}

主要功能就是生成類似3X3卷積矩陣的數(shù)組[-4, -3, -2, -1, 0 , 1, 2, 3, 4]卿樱,然后在fragment shader里將這9個坐標點的rgb值同9個坐標點的權(quán)值點積,結(jié)果就是該像素最終的rgb阱表。fragment shader代碼如下:

precision mediump float;
uniform sampler2D u_TextureUnit0;//texture
const lowp int GAUSSIAN_SAMPLES = 9;
varying highp vec2 v_TextureCoordinates;
varying highp vec2 blurCoordinates[GAUSSIAN_SAMPLES];

void main()
{
  lowp vec3 sum = vec3(0.0);
  lowp vec4 fragColor=texture2D(u_TextureUnit0, v_TextureCoordinates);

  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[0]).rgb * 0.05;
  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[1]).rgb * 0.09;
  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[2]).rgb * 0.12;

  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[3]).rgb * 0.15;
  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[4]).rgb * 0.18;
  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[5]).rgb * 0.15;

  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[6]).rgb * 0.12;
  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[7]).rgb * 0.09;
  sum += texture2D(u_TextureUnit0, blurCoordinates[8]).rgb * 0.05;

  gl_FragColor = vec4(sum,fragColor.a);
}

高斯模糊(Gaussian Blur)shader的作用其實就是將取樣像素點附近的9個點根據(jù)不同權(quán)重將9個像素點顏色混合起來殿如。
最后看下怎么渲染,第一步渲染到FBO最爬,第二步渲染到屏幕涉馁。
要渲染到FBO,首先要創(chuàng)建FBO,FBO的創(chuàng)建過程如下:

GLES20.glGenFramebuffers(1, mFrameBuffers, 0);
GLES20.glGenTextures(1, mFrameBufferTextures, 0);
GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, mFrameBufferTextures[0]);
GLES20.glTexImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, GLES20.GL_RGBA, width, height, 0,
GLES20.GL_RGBA, GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE, null);
GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D,
GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);
GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D,
                GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES20.GL_LINEAR);
GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D,
                GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE);
GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D,
                GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE);

GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, mFrameBuffers[0]);
GLES20.glFramebufferTexture2D(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, GLES20.GL_COLOR_ATTACHMENT0,
                GLES20.GL_TEXTURE_2D, mFrameBufferTextures[0], 0);
GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0);
GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, 0);

FBO的創(chuàng)建過程和創(chuàng)建普通紋理類似爱致,區(qū)別就是在創(chuàng)建FBO的同時烤送,還創(chuàng)建一個空的紋理對象mFrameBufferTextures,然后通過glFramebufferTexture2D將FBO(mFrameBuffers)和紋理對象(mFrameBufferTextures)關(guān)聯(lián)起來糠悯。
下面在onDrawFrame方法里進行渲染帮坚,第一次渲染時,選擇渲染到FBO

//render to framebuffer
GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, mFrameBuffers[0]);
GLES20.glClearColor(0, 0, 0, 0);
//畫圖形過程省略互艾,和之前代碼一樣试和,可參考完整代碼
GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, 0);

首先綁定個FBO,然后畫圖,畫完后再解綁,這里畫圖用的第一個shader纫普。
然后進行第二次渲染阅悍,因為第一次渲染完,解綁了FBO,第二次就渲染到屏幕上了昨稼,第二次渲染用了第二個shader节视,用一樣的代碼。結(jié)果如下:


flip.png

圖像確實模糊了假栓,但是卻上下顛倒了寻行,這是因為使用了之前的頂點紋理坐標:

public static final float CUBE[] = {//翻轉(zhuǎn)頂點信息中的紋理坐標,統(tǒng)一用1去減
            -1.0f, -1.0f, 0f, 1f - 0f,
            1.0f, -1.0f, 1f, 1f -0f,
            -1.0f, 1.0f, 0f, 1f -1f,
            1.0f, 1.0f, 1f, 1f -1f,
    };

之前統(tǒng)一用1去減是因為從資源讀的圖片坐標原點在左上角,而紋理的坐標原點在左下角:


20160718114147782.png

為了得到正確的圖像匾荆,不用1去減拌蜘,所以第二次渲染用的頂點數(shù)據(jù)為:

public static final float FlipCUBE[] = {//重點看紋理坐標
            -1.0f, -1.0f, 0f,  0f,
            1.0f, -1.0f, 1f, 0f,
            -1.0f, 1.0f, 0f, 1f,
            1.0f, 1.0f, 1f, 1f,
    };

然后再次跑下程序,這里為了說明確實進行了兩次渲染棋凳,把two_filter_two_fragment_shader最終結(jié)果改為灰度圖拦坠。結(jié)果如下


two_filter_render.png

可以看到原始圖像變成模糊的灰度圖了。

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