今天晚上没事将以前弄的OPENGL着色语言实现滤镜效果的实现和大家分享一下，滤镜主要包括图像的对比度调整、浮雕效果、彩色图片灰度化、卷积等操作。
这些操作其本质上是属于图像处理的东西，OpenGL实现图像处理主要是用到了GLSL着色语言。具体到着色器就是片段着色器。
说白了就是如何用OpenGL做通用GPU计算，OpenGL做通用计算的步骤主要如下：
读取数据->顶点着色器->片段着色器->渲染到纹理->从纹理读写数据。
步骤具体细化如下：
（1）初始化。
初始化窗口系统。
void InitGLUT(int argc,char** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutWindow = glutCreateWindow("GPGPU");
}
初始化FBO。在此阶段还需要将投影设置为正摄投影的方式，视口与图像的幅宽一样大，并且还要讲纹理重采样方式设置为最邻近采样，这样就保证了片段操作的时候取得每个数据都是原始数据。
void InitFBO(int nWidth,int nHeight,GLuint*pFb)
{
//创建FBO并绑定
glewInit();
GLuint fb;
glGenFramebuffersEXT(1,&fb);
glBindFramebufferEXT(GL_FRAMEBUFFER_EXT,fb);
*pFb = fb;
//用绘制来调用
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0,nWidth,0,nHeight);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glViewport(0,0,nWidth,nHeight);
}
初始化shader，包括从文件中读取数据以及编译等操作。
void InitGLSL()
{
//创建顶点shader
vertShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
if( 0 == vertShader)
{
fprintf(stderr,"Error creating vertex shader.\n");
exit(1);
}
GLint result;
//加载片元着色器
fragShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
if( 0 == fragShader)
{
fprintf(stderr,"片元着色器创建失败.\n");
exit(1);
}
//c拷贝shader源码
const GLchar *shaderCode2 = loadShaderAsString("BrightNess.glsl");
glShaderSource( fragShader,1, &shaderCode2, NULL );
delete []shaderCode2;
//编译shader
glCompileShader(fragShader);
//检查编译状态
glGetShaderiv( fragShader,GL_COMPILE_STATUS, &result );
if (GL_FALSE == result)
{
fprintf( stderr,"片元着色器编译失败!\n" );
GLint logLen;
glGetShaderiv( fragShader,GL_INFO_LOG_LENGTH, &logLen );
if( logLen > 0)
{
char * log = (char *)malloc(logLen);
GLsizei written;
glGetShaderInfoLog(fragShader,logLen, &written,log);
fprintf(stderr, "Shaderlog:\n%s", log);
free(log);
}
}
//创建程序对象
programHandle = glCreateProgram();
if( 0 == programHandle)
{
fprintf(stderr,"Error creating program object.\n");
exit(1);
}
//将着色器链接到程序对象
glAttachShader(programHandle,fragShader);
//链接程序
glLinkProgram(programHandle);
//检查链接状态
GLint status;
glGetProgramiv( programHandle,GL_LINK_STATUS, &status );
if( GL_FALSE == status )
{
fprintf( stderr,"链接失败!\n" );
GLint logLen;
glGetProgramiv(programHandle,GL_INFO_LOG_LENGTH,
&logLen);
if( logLen > 0)
{
char * log = (char *)malloc(logLen);
GLsizei written;
glGetProgramInfoLog(programHandle,logLen,
&written, log);
fprintf(stderr,"Program log: \n%s", log);
free(log);
}
glDeleteProgram(programHandle);
}
else
{
glUseProgram(programHandle);
}
}
（2）创建纹理对象以及设置参数
这里需要创建两个纹理对象，一个用于输入图像，另外一个用于保存输出的结果，即将保存结果的纹理对象绑定到帧缓存对象上，即实现渲染到纹理的目标。
//创建纹理对象并绑定
GLuint xTexID,yTexID;
glGenTextures(1,&xTexID);
glGenTextures(1,&yTexID);
设置纹理属性如下：
void SetupTexture(stTextureParatextureParameters,constGLuint texID,int nWidth,int nHeight)
{
glBindTexture(textureParameters.texTarget,texID);
//设置纹理参数
glTexParameteri(textureParameters.texTarget,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);
glTexParameteri(textureParameters.texTarget,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
glTexParameteri(textureParameters.texTarget,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_CLAMP);
glTexParameteri(textureParameters.texTarget,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_CLAMP);
//定义纹理数据单元类型
glTexImage2D(textureParameters.texTarget,0,textureParameters.texInternalFormat,nWidth,nHeight,0,
textureParameters.texFormat,GL_FLOAT,0);
}
然后将输入数据加载到输入纹理缓存上面
//传入输入数据
glBindTexture(textureParameters.texTarget,xTexID);
glTexSubImage2D(textureParameters.texTarget,0,0,0,nWidth,nHeight,textureParameters.texFormat,GL_FLOAT,pfInput);
//设置映射参数，替换原来的数据
glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_REPLACE);
最后是将输出纹理绑定到帧缓存对象上并激活输入纹理对象。
//绑定输出纹理缓存
glFramebufferTexture2DEXT(GL_FRAMEBUFFER_EXT,GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT,textureParameters.texTarget,yTexID,0);
//激活当前输入的纹理单元
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
绑定的关联点就是GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT，它代表是帧缓存中的一个颜色缓存。
（3）设置渲染的对象
glDrawBuffer(GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT);
glPolygonMode(GL_FRONT,GL_FILL);
（4）通过绘制来调用“核函数”
这里是一个形象的比喻，就是通过绘制操作来实现对图像的处理，类似于CUDA和opencl里面的核函数调用。
//用绘制进行调用
glBegin(GL_QUADS);
glTexCoord2f(0,0);
glVertex2f(0,0);
glTexCoord2f(nWidth,0);
glVertex2f(nWidth,0);
glTexCoord2f(nWidth,nHeight);
glVertex2f(nWidth,nHeight);
glTexCoord2f(0,nHeight);
glVertex2f(0,nHeight);
glEnd();
glFinish();
（5）读取结果数据以及进一步处理
//从当前纹理缓存拷贝数据
void TransformFromTex(intnWidth,int nHeight,float *pfData)
{
//读取数据
glReadBuffer(GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT);
glReadPixels(0,0,nWidth,nHeight,GL_RGB,GL_FLOAT,pfData);
}
这相当于将数据从显存拷贝到主机内存，然后可以写入文件等。
说了这么多，最后还剩下一个片段着色器的编写。上面相当于把框架已经搭建好，然后只需要更改片段着色器实现不同的图像处理效果了。
这边就以一副风景画为例子实现集中不同的效果。
原图如下：
1、对比度调整，代码如下：
#version 400 compatibility
#extension GL_ARB_texture_rectangle : enable
uniform sampler2DRect uImageUint;
float uT = 0.5;
out vec4 outColor;
//图像对比度增强
void main()
{
vec2 pos = gl_TexCoord[0].st;
vec3 irgb = texture(uImageUint,pos).rgb;
//vec3 target = vec3(128.0,128.0,128.0);
vec3 target = vec3(0.0,0.0,0.0);
outColor = vec4(mix(target,irgb,uT),1.0);
}
处理后效果如下：
2、浮雕效果代码如下：
#version 400 compatibility
#extension GL_ARB_texture_rectangle : enable
uniform sampler2DRect tex;
out vec4 outColor;
//浮雕效果
void main()
{
vec2 pos = gl_TexCoord[0].st;
//获得纹理的尺寸
ivec2 vecSize = textureSize(tex);
float ResS = float(vecSize.s);
float ResT = float(vecSize.t);
vec3 irgb = texture(tex,pos).rgb;
vec2 stpp = vec2(-1.0,-1.0);
vec3 c00 = texture(tex,pos).rgb;
vec3 cp1p1 = texture(tex,pos+stpp).rgb;
vec3 diffs = c00 - cp1p1;
float maxV = diffs.r;
if(abs(diffs.g) > abs(maxV)) maxV = diffs.g;
if(abs(diffs.b) > abs(maxV)) maxV = diffs.b;
float gray = clamp(maxV + 128,0.0,255.0);
outColor = vec4(gray,gray,gray,1.0);
}
处理后的图像如下：
3、颠倒显示
#version 400 compatibility
#extension GL_ARB_texture_rectangle : enable
uniform sampler2DRect tex;
out vec4 outColor;
//图像翻转效果
void main()
{
vec2 pos = gl_TexCoord[0].st;
//获得纹理的尺寸
ivec2 vecSize = textureSize(tex);
int nWidth = (vecSize.s);
int nHeight = (vecSize.t);
pos = vec2(nWidth- pos.x-1,nHeight - pos.y - 1);
vec3 irgb = texture(tex,pos).rgb;
outColor = vec4(irgb,1.0);
}
处理后效果如下：
4、图像黑白化
#version 400 compatibility
#extension GL_ARB_texture_rectangle : enable
uniform sampler2DRect tex;
const vec3 W = vec3(0.2125,0.7154,0.0721);
out vec4 outColor;
void main()
{
vec2 pos = gl_TexCoord[0].st;
vec3 color = texelFetch(tex,ivec2(pos.x+0.5,pos.y+0.5)).rgb;
float luminace = dot(color,W);
outColor = vec4(luminace,luminace,luminace,1.0);
//gl_FragColor = fResult;
}
处理后图片如下：
5、图像的卷积，这个稍微复杂一点，其实也很简单，基本图像处理的东西。
#version 400 compatibility
#extension GL_ARB_texture_rectangle : enable
uniform sampler2DRect tex;
float fRadius = 2;
out vec4 outColor;
void main()
{
vec2 pos = gl_TexCoord[0].st;
vec4 fSum = vec4(0.0,0.0,0.0,0.0);
vec4 fTotal = vec4(0.0,0.0,0.0,0.0);
vec4 fResult = vec4(0.0,0.0,0.0,0.0);
ivec2 vecSize = textureSize(tex);
for (float i = pos.x - fRadius; i < pos.x + fRadius + 0.5; i += 1.0)
for (float j = pos.y - fRadius; j < pos.y + fRadius + 0.5; j += 1.0)
{
if (i >=0 && j >= 0 && i < vecSize.x && j < vecSize.y)
{
fSum += texture2DRect(tex,vec2(i+0.5,j+0.5));
fTotal += vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);
}
}
vec4 color = texelFetch(tex,ivec2(pos.x+0.5,pos.y+0.5));
fResult = fSum/fTotal;
outColor = fResult;
//gl_FragColor = fResult;
}
处理后的效果如下：
上面这些都是最基本的图像处理操作，使用shader其实就是利用了显卡的并行数据处理能力，在今天的大数据时代以及资源不足的手机上，如果能充分利用GPU的优势，对于图像的处理将会有速度上的很大提升。