Android OpenGLES2.0开发(九):图片滤镜

“当你改变想法的时候,记得也要改变你的世界。”——诺曼·文森特·皮尔

  • Android OpenGLES开发:EGL环境搭建
  • Android OpenGLES2.0开发(一):艰难的开始
  • Android OpenGLES2.0开发(二):环境搭建
  • Android OpenGLES2.0开发(三):绘制一个三角形
  • Android OpenGLES2.0开发(四):矩阵变换和相机投影
  • Android OpenGLES2.0开发(五):绘制正方形和圆形
  • Android OpenGLES2.0开发(六):着色器语言GLSL
  • Android OpenGLES2.0开发(七):纹理贴图之显示图片
  • Android OpenGLES2.0开发(八):Camera预览
  • Android OpenGLES2.0开发(九):图片滤镜

前言

还记得我们在Android OpenGLES2.0开发(一):艰难的开始这一篇中说到,OpenGL ES能做什么吗?其中一项就是对图片做处理,色调转换美颜等。专业的说法叫做滤镜,主要是用来实现图像的各种特殊效果。

学了这么久的OpenGL ES不知道大家有没有疑问?发现OpenGL ES没有必须要用它的场景,画三角形、正方形、圆形完全可以用Android自定义视图实现,Camera预览使用OpenGL ES绕了一大圈还是显示摄像头数据。之前学习的场景似乎使用普通模式都能够又快又好的实现,OpenGL ES貌似不是必需品。

如果你有这些疑问,那么你确实在思考了。其实开发就是这样,一个问题可以有多种方案实现,无非就是不同方案的优劣罢了。

灰度图的思考

我们知道图像都是由一个一个像素组成的,而每一个像素的颜色都由一个RBG值确定,由此组成了一副美丽的图像。

如果我们现在要将一副彩色的图像灰度化,就要对每一个像素点做处理。一般的处理方法是将图片颜色值的RGB三个通道值设为一样,这样原本的256*256*256种颜色就只有256种了,256种颜色值就丢失了图片的彩色信息,留下的只有亮度值,视觉上看上去就是灰色的图片。

灰度处理一般有三种算法:

  1. 最大值法:即新的颜色值R=G=B=Max(R,G,B),这种方法处理后的图片看起来亮度值偏高。
  2. 平均值法:即新的颜色值R=G=B=(R+G+B)/3,这样处理的图片十分柔和
  3. 加权平均值法:即新的颜色值R=G=B=(R * Wr+G*Wg+B*Wb),一般由于人眼对不同颜色的敏感度不一样,所以三种颜色值的权重不一样,一般来说绿色最高,红色其次,蓝色最低,最合理的取值分别为Wr = 30%,Wg = 59%,Wb = 11%

其实知道了上面的算法,图像灰度处理就变得简单了,无非就是循环遍历图像像素,一个一个修改就好了。一张1920*1080的图片,有2073600像素点,如果使用CPU进行遍历无异于大炮打苍蝇出力不讨好。这个时候GPU的并行处理能力就派上用场了,而OpenGL ES又是GPU的驱动,所以OpenGL ES什么时候用我想大家也就明白了。

加权平均值法

我们使用加权平均值法对图片进行灰度化处理,我们拷贝Image类修改为GrayFilter,修改片段着色器代码如下

// 灰度片段着色器代码
private final String grayFragmentShaderCode ="precision mediump float;\n" +"uniform sampler2D vTexture;\n" +"varying vec2 aTexCoordinate;\n" +"void main() {\n" +"  vec4 rgba = texture2D(vTexture, aTexCoordinate);\n" +"  float color = rgba.r * 0.3 + rgba.g * 0.59 + rgba.b * 0.11;\n" +"  gl_FragColor = vec4(color, color, color, 1.0);\n" +"}\n";

为了使GrayFilter更加通用我们不再内部传入Bitmap生成纹理,而是外部传入纹理进行渲染,修改onDraw方法如下:

public void onDraw(int textureId, float[] matrix)

我们使用这个灰度滤镜渲染一张1080*2041大图看下,哇哦看着效果确实不错。本人使用测试手机是2018年发布的一加6T,渲染时间不到1ms,可见OpenGL ES对图像强大的处理能力。

几种常用滤镜实现

1. 反相

反相是一种特殊的图像处理方式,其作用是将原图中的明暗颜色值反转,即明的地方变暗,暗的地方变亮。具体操作就是用255分别减去RGB三个值作为新的RGB颜色。直接上片段着色器代码:

private String fragmentShaderCode ="precision mediump float;\n" +"uniform sampler2D vTexture;\n" +"varying vec2 aTexCoordinate;\n" +"void main() {\n" +"  vec4 rgba = texture2D(vTexture, aTexCoordinate);\n" +"  gl_FragColor = vec4((1.0 - rgba.rgb), 1.0);\n" +"}\n";

应为GL中对色值进行的归一化为 [0-1.0] 所以代码中使用1.0减去对应的色值

2. 亮度

亮度是人对光的强度的主观感受,通常用堪德拉每平米(cd/m²)或尼特来表示。在PS中,亮度调整是通过改变图像中像素的光亮度来实现的,从而影响图像的明暗程度。提高亮度可以使图像变得更加明亮,减少阴影区域,增强图像的通透性;反之,降低亮度则会使图像变暗,增加画面的沉稳感或神秘氛围‌。

调整亮度只需要RGB色彩空间里面同时加上一个程度值。

private String fragmentShaderCode ="precision mediump float;\n" +"uniform sampler2D vTexture;\n" +"uniform lowp float brightness;\n" +"varying vec2 aTexCoordinate;\n" +"void main() {\n" +"  vec4 rgba = texture2D(vTexture, aTexCoordinate);\n" +"  gl_FragColor = vec4((rgba.rgb + brightness), 1.0);\n" +"}\n";

brightness为正表示提亮,为负表示变暗

3. 冷暖色调

暖色系调整,是加强R/G来完成

float[] changeColor = {0.1f, 0.1f, 0.0f};

冷色系调整,是增加B的分量

float[] changeColor = {0.0f, 0.0f, 0.1f};

着色器代码如下,我们通过外部传入色值来改变原图色调,并且最后限制色值范围为**[0-1]**

private String fragmentShaderCode ="precision mediump float;\n" +"uniform sampler2D vTexture;\n" +"uniform vec3 vChangeColor;\n" +"varying vec2 aTexCoordinate;\n" +// 控制颜色在[0-1]范围"vec4 clampColor(vec4 color) {\n" +"    return vec4(clamp(color.r, 0.0, 1.0), clamp(color.g, 0.0, 1.0), clamp(color.b, 0.0, 1.0), 1.0);\n" +"}\n" +"void main() {\n" +"  vec4 srcColor = texture2D(vTexture, aTexCoordinate);\n" +"  vec4 dstColor = srcColor + vec4(vChangeColor, 0.0);\n" +"  gl_FragColor = clampColor(dstColor);\n" +"}\n";

其实这套代码也适用于亮度变化,changeColor传入相同的值就是亮度变化了。

看下各种滤镜的效果:

最后

本章节我们学习了如何使用OpenGL ES对图片做各种滤镜效果,我们发现通过修改GLSL就能实现很多种效果,并且非常高效,我们找到了OpenGL ES的用武之地。

其实对图片的滤镜效果有几十种上百种,我们看下市面上的各种P图软件,如:醒图、美图秀秀等,他们提供了丰富的滤镜效果。但再多的滤镜也是使用OpenGL ES框架,编写GLSL来完成。而实现众多的滤镜效果,已经和OpenGL ES没什么关系了,而更多的是要熟悉图像处理的算法,只要有算法就能通过GLSL实现。

OpenGL ES系列:https://github.com/xiaozhi003/AndroidOpenGLDemo.git,如果对你有帮助可以star下,万分感谢^_^

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