GPUImage源码解读(二十四)

GPUImageLookupFilter 是GPUImage中的颜色查找滤镜,在一般的相机应用中使用得最广泛,它的作用是通过颜色变换从而产生出新风格的图片,在philm项目中也有大量使用

LUT (Lookup Tables)即查找表 。LUT是个非常简单的数值转换表,不同的色彩输入数值“映射”到一套输出数值,用来改变图像的色彩。例如:红色在LUT中可能被映射成蓝色,于是,应用LUT的图像中每个红的地方将由蓝色取代。不过,LUT的实际应用要比这种情况更微妙一些。LUT通常用来矫正域外色的问题。例如,一个以RGB色彩空间存储的图像要打印到纸上时,必须首先将文件转换为CMYK色彩空间。这可以用一个LUT将每个RGB色彩转换为等效的CMYK色彩,或者与域外色最接近的色彩(LUT还能够用缩放的方法在一定程度改变所有的色彩,因此可使图像在视觉上与原来相同)。 另外需要注意的一个问题是,尽管查找表经常效率很高,但是如果所替换的计算相当简单的话就会得不偿失,这不仅仅因为从内存中提取结果需要更多的时间,而且因为它增大了所需的内存并且破坏了高速缓存。如果查找表太大,那么几乎每次访问查找表都会导致高速缓存缺失,这在处理器速度超过内存速度的时候愈发成为一个问题.LUT查找表图可以使用 PS 生成.

在GPUImage中使用的是二维的LUT图片,它是一张512x512大小的图片。它由8x8个大正方形格子组成,每个大格子又是由64x64个小正方形组成。因此,LUT图片的宽度:864=512,高度:864=512。对于每个小正方形,它的宽度值即为R通道值,高度即为G通道值。由于R通道的范围为0~255,因此,从宽度方面来看,每个小正方形的R通道的差为:256/64=4,R通道的集合为[0,4,8,12,16,...,255],同理从高度上看,每个小正方形的G通道的差为:256/64=4,G通道的集合为[0,4,8,12,16,...,255],由于RG通道值存放在每个64x64的大正方形中,那么B通道的值存放在哪里呢?答案就是在8x8=64个大正方形中,不难看出每个RGB通道都是用64个点来存放,占用空间为:64x64x64=262144。不同于RG通道的是,B通道存放时使用了宽度和高度分别为8个大正方形。

LUT 排列图如下

LUT生成代码

Additional Info:
Lookup texture is organised as 8x8 quads of 64x64 pixels representing all possible RGB colors:
for (int by = 0; by < 8; by++) {
for (int bx = 0; bx < 8; bx++) {
for (int g = 0; g < 64; g++) {
for (int r = 0; r < 64; r++) {
image.setPixel(r + bx * 64, g + by * 64, qRgb((int)(r * 255.0 / 63.0 + 0.5),
(int)(g * 255.0 / 63.0 + 0.5),
(int)((bx + by * 8.0) * 255.0 / 63.0 + 0.5)));
}
}
}
}

GPUImageLookupFilter 就是根据LUT获取相应的变换颜色,我们可以使用PS直接改变lookup颜色表,从而改变图片的风格。常用的PS工具有「曲线」,「饱和度」、「色彩平衡」、「可选颜色」,但是GPUImageLookupFilter的局限在于只能进行颜色上的调整(曲线,色彩平衡等),其它效果调整也只限于利用图层间混合模式的更改,例如做暗角、漏光等效果。GPUImageLookupFilter继承自GPUImageTwoInputFilter,接受LUT纹理和待滤镜的图片输入. GPUImageAmatorkaFilter, GPUImageMissEtikateFilter, and GPUImageSoftEleganceFilter它们的原理都是使用Color Lookup Tables,只是使用的纹理不同而已。 源码中主要有两着色器

  • 两路输入的顶点着色器,在父类中

    NSString *const kGPUImageTwoInputTextureVertexShaderString = SHADER_STRING
    (
    attribute vec4 position;
    attribute vec4 inputTextureCoordinate;
    attribute vec4 inputTextureCoordinate2;
    varying vec2 textureCoordinate;
    varying vec2 textureCoordinate2;
    void main()
    {
    gl_Position = position;
    textureCoordinate = inputTextureCoordinate.xy;
    textureCoordinate2 = inputTextureCoordinate2.xy;
    }
    );
  • 片元着色器 区分MAC & iphone环境

NSString *const kGPUImageLookupFragmentShaderString = SHADER_STRING
(
varying highp vec2 textureCoordinate;
varying highp vec2 textureCoordinate2; // TODO: This is not used
uniform sampler2D inputImageTexture;
uniform sampler2D inputImageTexture2; // lookup texture
void main()
{
highp vec4 textureColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate);
highp float blueColor = textureColor.b * 63.0;
// 根据B通道获取小正方形格子(64x64格子)
highp vec2 quad1;
quad1.y = floor(floor(blueColor) / 8.0);
quad1.x = floor(blueColor) - (quad1.y * 8.0);
highp vec2 quad2;
quad2.y = floor(ceil(blueColor) / 8.0);
quad2.x = ceil(blueColor) - (quad2.y * 8.0);
// 根据小正方形格子和RG通道,获取纹理坐标,每个大格子的大小:1/8=0.125,每个小格子的大小:1/512
highp vec2 texPos1;
texPos1.x = (quad1.x * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.r);
texPos1.y = (quad1.y * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.g);
highp vec2 texPos2;
texPos2.x = (quad2.x * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.r);
texPos2.y = (quad2.y * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.g);
lowp vec4 newColor1 = texture2D(inputImageTexture2, texPos1);
lowp vec4 newColor2 = texture2D(inputImageTexture2, texPos2);
lowp vec4 newColor = mix(newColor1, newColor2, fract(blueColor));
gl_FragColor = vec4(newColor.rgb, textureColor.w);
}
);