OpenGL ES之GLSL实现多种“马赛克滤镜”效果

“⻢赛克效果”就是把图⽚的⼀个相当⼤⼩的区域⽤同⼀个点的颜⾊来表示，可以认为是⼤规模的降低图像的分辨率，⽽让图像的⼀些细节隐藏起来。

无马赛克滤镜

“无滤镜”效果的实现准备工作的代码与“无分屏滤镜”中的实现逻辑和流程一致，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，顶点着色器也没有任何变化，主要是针对片元着色器中GLSL代码的实现滤镜算法做具体的说明和实现;
具体流程请参考:OpenGL ES之GLSL实现“分屏滤镜”效果

方形马赛克滤镜

一、效果展示

在这里插入图片描述

二、实现原理

滤镜算法

根据纹理坐标计算实际图像中的位置，相当于将纹理颜色区放大;
计算出一个小马赛克的坐标，即找到马赛克提取颜色值的像素点;
将马赛克坐标换算回纹理坐标，即将纹理颜色区缩小;

计算过程

计算图像的实际位置
假设纹理坐标为(0,0)、(1,0)、(0,1)、(1,1), 纹理图片的大小为(400,400), 那么实际图片的位置为(0,0)、(0,400)、(400,0)、(400,400);
计算马赛克实际位置
假设当前图片的位置为(400,400), 单个马赛克的大小为(100,100), 那么当前马赛克的坐标为:(floor(400/100100), floor(400/100100)) = (400, 400);
计算马赛克纹理坐标
将马赛坐标换算成纹理坐标,即(400/400, 400/400) = (1, 1), 根据texture2D函数得到纹理坐标的颜色值, 即当前马赛克的颜色值;
一个正方形马赛克是由多个小的正方形图像色块组成, 马赛克的颜色值是取其中一个小正方形的颜色值, 在floor(x)函数向下取整时, 就获取了提取颜色的小方块的像素点;

三、GLSL实现

precision highp float;
// 纹理坐标
uniform sampler2D Texture;
// 纹理采样器
varying vec2 TextureCoordsVarying;
// 纹理图片size
const vec2 TexSize = vec2(400.0, 400.0);
// 马赛克size
const vec2 MosaicSize = vec2(16.0, 16.0);

void main(){
    // 计算实际图像位置
    vec2 intXY = vec2(TextureCoordsVarying.x * TexSize.x, TextureCoordsVarying.y * TexSize.y);
    
    // floor(x) 内建函数，返回小于/等于x最大的整数，即向下取整
    // floor(intXY.x/mosaicSize.x)*mosaicSize.x 计算出一个小马赛克的坐标
    vec2 XYMosaic = vec2(floor(intXY.x/MosaicSize.x)*MosaicSize.x, floor(intXY.y/MosaicSize.y)*MosaicSize.y);

    // 换算回纹理坐标，此时的纹理坐标是小马赛克的部分的纹理坐标，即某一个色块
    vec2 UVMosaic = vec2(XYMosaic.x/TexSize.x, XYMosaic.y/TexSize.y);
    // 获取到马赛克后的纹理坐标的颜色值
    vec4 color = texture2D(Texture, UVMosaic);
    // 将马赛克颜色值赋值给gl_FragColor
    gl_FragColor = color;
}

六边形马赛克滤镜

一、效果展示

在这里插入图片描述

二、实现原理

六边形马赛克原理：将一张图片，分割成由六边形组成，再取每个六边形的重点画出一个个的矩形，根据矩形的奇偶排列情况求出对应的2个中心点，并计算纹理坐标与两个中心点的距离，根据距离判断，采取就近原则，当前的六边形就采用近的中心点的颜色值。
将图片分割成六边形，六边形中心点画出矩形后的呈现如下所示:

在这里插入图片描述

滤镜算法

设置矩形的长宽比例值TR、TB（TB：TR 符合比例 3： $\sqrt 3$ ）其中长宽比为3： $\sqrt 3$ ，计算过程如下：

在这里插入图片描述

获取纹理坐标的x，y;
根据纹理坐标计算对应的矩形坐标wx、wy。假设矩阵的比例为3*len： $\sqrt 3$ *len，那么纹理坐标（x，y）对应的矩阵坐标为
根据行列的奇偶情况，求对应的中心点纹理坐标v1、v2
偶行偶列：（0，0）（1，1），即左上、右下
偶行奇列：（0，1）（1，0），即左下、右上
奇行偶列：（0，1）（1，0），即左下、右上
奇行奇列：（0，0）（1，1），即左上、右下
最终只有两种情况，（0，0）（1，1）和（0，1）（1，0），如下图所示

在这里插入图片描述

其中单个矩阵中，4个点的坐标计算公式如下：
对于计算中的wx+1，拿（1，0）点来说，wx+1等同于（1，0）与（0，0）之间相差一个矩形的长，这个长度为1，为了得到（1，0）点的坐标，要在（0，0）点坐标的基础上，将wx增加一个长;
对于计算中的wy+1，拿（0，1）点来说，wy+1等同于（0，0）与（0，1）之间相差一个矩形的高，这个长度为1，为了得到（0，1）点的坐标，要在（0，0）点坐标的基础上，将wy增加一个高;

在这里插入图片描述

根据距离公式求像素点距离两个中心点的距离s1、s2
s1 = $\sqrt {((v1.x-x)² + (v1.y-y)²)}$
s2 = $\sqrt {((v2.x-x)² + (v2.y-y)²)}$

在这里插入图片描述

根据求出的距离，判断离哪个中心点近，就取哪个六边形的中心点颜色值为六边形的颜色值;

三、GLSL实现

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;
// 六边形的边长
const float mosaicSize = 0.03;

void main() {
    float length = mosaicSize;
    // 矩形的高的比例为√3，取值 √3/2 ，也可以直接取√3
    float TR = 0.866025;
    // 矩形的长的比例为3，取值 3/2 = 1.5，也可以直接取3
    float TB = 1.5;
    
    // 取出纹理坐标
    float x = TextureCoordsVarying.x;
    float y = TextureCoordsVarying.y;
    
    // 根据纹理坐标计算出对应的矩阵坐标 
    // 即矩阵坐标 wx = int（纹理坐标x/ 矩阵长），矩阵长 = TB*len
    // 即矩阵坐标 wy = int（纹理坐标y/ 矩阵宽），矩阵宽 = TR*len
    int wx = int(x / TB / length);
    int wy = int(y / TR / length);
    vec2 v1, v2, vn;
    
    // 判断wx是否为偶数，等价于 wx % 2 == 0
    if (wx/2 * 2 == wx) {
        if (wy/2 * 2 == wy) { 
            // 偶行偶列 (0,0),(1,1)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy+1));
        } else {
            // 偶行奇列 (0,1),(1,0)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy+1));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy));
        }
    }else{
        if (wy/2 * 2 == wy) { 
            // 奇行偶列 (0,1),(1,0)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy+1));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy));
        } else { 
            // 奇行奇列 (0,0),(1,1)
            v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy));
            v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy+1));
        }
    }
    // 利用距离公式，计算中心点与当前像素点的距离
    float s1 = sqrt(pow(v1.x-x, 2.0) + pow(v1.y-y, 2.0));
    float s2 = sqrt(pow(v2.x-x, 2.0) + pow(v2.y-y, 2.0));
    
    // 选择距离小的则为六边形的中心点，且获取它的颜色
    vn = (s1 < s2) ? v1 : v2;
    // 获取六边形中心点的颜色值
    vec4 color = texture2D(Texture, vn);
    gl_FragColor = color;
}

三角形马赛克滤镜

一、效果展示

在这里插入图片描述

二、实现原理

原理：三角形马赛克是由六边形马赛克演变而来，得到三角形的前提，就是先有六边形，然后将正六边形6等分，每个三角形都是正三角形，然后求出纹理坐标与中心点的夹角，同时求出三角形的中心点，根据夹角判断，夹角属于哪个三角形，就将该三角形的中心点颜色作为整个三角形的纹素;

三角形滤镜算法是在六边形滤镜算法的步骤上再增加以下步骤：

求出当前像素点与纹理中心点的夹角:如下图所示，纹理坐标为（x，y），中心点为vn，求夹角
计算6个三角形的中心点

在这里插入图片描述

判断夹角属于哪个三角形，则获取哪个三角形的中心点坐标，其中不同三角形的夹角范围如图所示

在这里插入图片描述

三、GLSL实现

precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;

float mosaicSize = 0.03;

void main (void) {
    const float TR = 0.866025;
    const float PI6 = 0.523599;
    
    float x = TextureCoordsVarying.x;
    float y = TextureCoordsVarying.y;
    
    int wx = int(x/(1.5 * mosaicSize));
    int wy = int(y/(TR * mosaicSize));
    
    vec2 v1, v2, vn;
    
    if (wx / 2 * 2 == wx) {
        if (wy/2 * 2 == wy) {
            v1 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx), mosaicSize * TR * float(wy));
            v2 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx + 1), mosaicSize * TR * float(wy + 1));
        } else {
            v1 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx), mosaicSize * TR * float(wy + 1));
            v2 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx + 1), mosaicSize * TR * float(wy));
        }
    } else {
        if (wy/2 * 2 == wy) {
            v1 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx), mosaicSize * TR * float(wy + 1));
            v2 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx+1), mosaicSize * TR * float(wy));
        } else {
            v1 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx), mosaicSize * TR * float(wy));
            v2 = vec2(mosaicSize * 1.5 * float(wx + 1), mosaicSize * TR * float(wy+1));
        }
    }

    float s1 = sqrt(pow(v1.x - x, 2.0) + pow(v1.y - y, 2.0));
    float s2 = sqrt(pow(v2.x - x, 2.0) + pow(v2.y - y, 2.0));

    if (s1 < s2) {
        vn = v1;
    } else {
        vn = v2;
    }
    
    vec4 mid = texture2D(Texture, vn);
    // 获取像素点与中心点的角度
    float a = atan((x - vn.x)/(y - vn.y));

    // 判断夹角，属于哪个三角形，则获取哪个三角形的中心点坐标 
    vec2 area1 = vec2(vn.x, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area2 = vec2(vn.x + mosaicSize / 2.0, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area3 = vec2(vn.x + mosaicSize / 2.0, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area4 = vec2(vn.x, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area5 = vec2(vn.x - mosaicSize / 2.0, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
    vec2 area6 = vec2(vn.x - mosaicSize / 2.0, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
  
    if (a >= PI6 && a < PI6 * 3.0) {
        vn = area1;
    } else if (a >= PI6 * 3.0 && a < PI6 * 5.0) {
        vn = area2;
    } else if ((a >= PI6 * 5.0 && a <= PI6 * 6.0)|| (a<-PI6 * 5.0 && a>-PI6*6.0)) {
        vn = area3;
    } else if (a < -PI6 * 3.0 && a >= -PI6 * 5.0) {
        vn = area4;
    } else if(a <= -PI6 && a> -PI6 * 3.0) {
        vn = area5;
    } else if (a > -PI6 && a < PI6) {
        vn = area6;
    }
    
    // 获取对应三角形重心的颜色值
    vec4 color = texture2D(Texture, vn);
    // 将颜色值填充到片元着色器内置变量gl_FragColor
    gl_FragColor = color;
}

注意:atan是GLSL中的内建函数，有两种计算方式
atan(y,x) 值域是[0，π],
atan(y/x),值域是[-π/2, π/2]

完整示例

GLSL滤镜之马赛克滤镜效果实现

OpenGL ES之GLSL实现多种“马赛克滤镜”效果

无马赛克滤镜

方形马赛克滤镜

一、效果展示

二、实现原理

滤镜算法

计算过程

三、GLSL实现

六边形马赛克滤镜

一、效果展示

二、实现原理

三、GLSL实现

三角形马赛克滤镜

一、效果展示

二、实现原理

三、GLSL实现

完整示例

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