21 06 2014

GPUImage 自定义滤镜

GPUImage 是一个基于 GPU 图像和视频处理的开源 iOS 框架。由于使用 GPU 来处理图像和视频，所以速度非常快，它的作者 BradLarson 称在 iPhone4 上其处理速度是使用 CPU 来处理的 100 倍 (CoreImage 也能使用 GPU 来处理图像，但我觉得 CoreImage 还是慢)。除了速度上的优势，GPUImage 还提供了很多很棒的图像处理滤镜，但有时候这些基本功能仍然无法满足实际开发中的需求，不用担心 GPUImage 支持自定义滤镜。

GPUImage 自定义滤镜需要使用 OpenGL 着色语言( GLSL )编写 Fragment Shader（片段着色器），除此之外你可能还需要一点点图像处理相关的知识。下面我将尝试通过 GPUImage 中的 GPUImageColorInvertFilter(反色滤镜)来讲解一下它的运作过程。

先看.h 文件:

#import "GPUImageFilter.h"

@interface GPUImageColorInvertFilter : GPUImageFilter
{
}

@end

很简单，可以看出 GPUImageColorInvertFilter 是继承了 GPUImageFilter

然后看 .m 文件 中 @implementation 之前的一段代码

NSString *const kGPUImageInvertFragmentShaderString = SHADER_STRING
(
 varying highp vec2 textureCoordinate;

 uniform sampler2D inputImageTexture;

 void main()
 {
    lowp vec4 textureColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate);

    gl_FragColor = vec4((1.0 - textureColor.rgb), textureColor.a);
 }
);                                                                    

第 1 行，可以看到 SHADER_STRING 宏中包含着我们的 Shader (着色器)代码，我们的着色器字符串赋给一个 const NSString 对象（这个常量将在 GPUImageFilter 及其子类的初始化过程中用来设置 filter）。

第 2、3 行声明了两个变量。

varying 变量是Vertex 和 Fragment Shader（顶点着色器和片段着色器）之间做数据传递用的，一般 Vertex Shader（顶点着色器） 修改 varying 变量的值，然后 Fragment Shader（片段着色器）使用该varying变量的值。因此varying 变量在 Vertex 和 Fragment Shader 中声明必须一致。放到这里，也就是说 textureCoordinate 必须叫这个名字不能改。

highp 声明 textureCoordinate 精度（相应的还有mediump和lowp）。

vec2 声明textureCoordinate 是一个二维向量。

uniform 声明 inputImageTexture 是外部程序传递给 Shader 的变量， Shader 程序内部只能用，不能改。 sampler2D 声明变量是一个2D纹理。

第 4 行，相信你并不陌生，没错儿 Shader 也是从 main() 函数开始执行的。

第 5 行，texture2D 纹理取样器，根据纹理坐标返回纹理单元的值。

第 6 行，(1.0 - textureColor.rgb) 去 textureColor也就是原图的 RGB 值，做了一个向量的减法，这是图像的反色算法，然后把经过反色的 RGB 值和原图的 Alpha 值组成一个新的 vec4（四维向量）值赋给 gl_FragColor。 gl_FragColor 是 Fragment Shader 预先定义的变量，赋给它的值就是该片段最终的颜色值。

Shader 到这里已经解释完了，可能你依然云里雾里，我来说一下我对这部分功能的理解，可能不对，但目前是管用的，方便你理解：GPUImage 中应该有一个 Vertex Shader，它对图像逐个像素扫描，通过 textureCoordinate 变量将当前的扫描坐标传递给我们的 Fragment Shader，inputImageTexture 包含我们要处理的图像的全部信息，在 Shader 程序内部通过 texture2D 得到 inputImageTexture 在当前位置 textureCoordinate 的 RGBA 值，运用图像处理知识，算出想要的新的 RGBA 值，把结果值赋给 gl_FragColor就算完成了。

现在我们继续看代码，在 Shader 之后是 GPUImageColorInvertFilter 的实现：

@implementation GPUImageColorInvertFilter

- (id)init;
{
    if (!(self = [super initWithFragmentShaderFromString:kGPUImageInvertFragmentShaderString]))
    {
        return nil;
    }

    return self;
}

@end     

很简单，就是使用刚才的着色器代码来设置 filter。这样一个新的滤镜就诞生了～

网路上关于 GPUImage 自定义滤镜 和 GLSL 的资料不是特别多，我斗胆把自己摸索到的理解在这里和你分享，希望对你有所帮助，如有错误指出欢迎指出，另外，可以去这里查阅 OpenGL GLSL 文档，玩的愉快 (●°u°●)​ 」

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