GPUImage滤镜中的shader代码分析，及自定义滤镜

GPUImage由于使用GPU,顾其在滤镜染色的时候真正使用的是Open GL的shader语言。下面我们就GPUImagePinchDistortionFilter分析这些shader语言。

GPUImagePinchDistortionFilter是一个实现收缩失真，凹面镜效果的滤镜，头文件代码如下：

#import "GPUImageFilter.h"

/** Creates a pinch distortion of the image
*/
@interface GPUImagePinchDistortionFilter : GPUImageFilter
{
GLint aspectRatioUniform, radiusUniform, centerUniform, scaleUniform;
}

/** The center about which to apply the distortion, with a default of (0.5, 0.5)
*/
@property(readwrite, nonatomic) CGPoint center;
/** The radius of the distortion, ranging from 0.0 to 2.0, with a default of 1.0
*/
@property(readwrite, nonatomic) CGFloat radius;
/** The amount of distortion to apply, from -2.0 to 2.0, with a default of 0.5
*/
@property(readwrite, nonatomic) CGFloat scale;

@end

我们来分析一下。

首先，这个类必须继承于GPUImageFilter（这个必须，要不然就没法用）。

其次，这个类有三个参数：center表示效果所在圆的中心点，radius表示所在圆的半径（注意范围是－2.0到2.0），scale表示缩放倍数（当scale小于0的时候，中间缩小，周围放大；当scale大于0的时候，中间放大，周围缩小）。

最后，我们需要关注一个单位（这个很重要，要不然后面的shader代码就很迷茫了）。细心的朋友肯定会发现圆半径的范围是－2.0到2.0。很显然，这不是像素单位，要不然这了滤镜效果范围也太小了，和没有效果一样）。事实上，在shader语言中，半径是真实半径除以图片矩形的宽（横着图片的为高），记realRadio/targetWidth（横着的图片为realRadio/targetHeight）；

源文件中，我们重点分析shader语句kGPUImagePinchDistortionFragmentShaderString。在这里，我直接加注释。

NSString *const kGPUImagePinchDistortionFragmentShaderString = SHADER_STRING
(
varying highp vec2 textureCoordinate;/*变形后的图片的坐标*/

uniform sampler2D inputImageTexture;/*需要变形的图片*/

uniform highp float aspectRatio;/*坐标变换的系数，在shader坐标系中width永远是1.0，height做相应的等比缩放*/
uniform highp vec2 center;/*参数，中心点*/
uniform highp float radius;/*参数，圆半径*/
uniform highp float scale;/*参数，缩放倍数*/

void main()
{
highp vec2 textureCoordinateToUse = vec2(textureCoordinate.x, (textureCoordinate.y * aspectRatio + 0.5 - 0.5 * aspectRatio));/*计算可以用于计算到中心距离的坐标*/
highp float dist = distance(center, textureCoordinateToUse);/*计算到中心的距离*/
textureCoordinateToUse = textureCoordinate;/*将坐标恢复到shader坐标系*/

if (dist < radius)/*在圆内*/
{
textureCoordinateToUse -= center;/*需要相对中心的坐标*/
highp float percent = 1.0 + ((0.5 - dist) / 0.5) * scale;/*缩放的程度*/
textureCoordinateToUse = textureCoordinateToUse * percent;/*坐标缩放*/
textureCoordinateToUse += center;/*需要绝对坐标*/

gl_FragColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinateToUse );/*gl_FragColor表示变形后坐标textureCoordinate的颜色*/
</span>     }
else/*不再园内*/
{
gl_FragColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate );/*gl_FragColor表示变形后坐标textureCoordinate的颜色*/
}
}
);

上面我在shader中加了注释，实际的shader代码不要加注释（因为代码长度占GPU内存，且中文可能会出问题）。

从上面我们可以到，我们可以通过修改第三方的库来增加自己的滤镜。事实上，GPUImage已经提供了滤镜扩展的接口，我们不需要修改它的库。类GPUImageFilter有一个初始化函数initWithFragmentShaderFromFile:可以加载自定义以fsh为后缀文件中的shader代码。例如：

GPUImageFilter *filter1 = [[[GPUImageFilter alloc] initWithFragmentShaderFromFile:@"Shader1"] autorelease];

而Shader.fsh的代码为：

varying highp vec2 textureCoordinate;

uniform sampler2D inputImageTexture;

void main()
{
lowp vec3 tc = vec3(1.0, 0.0, 0.0);

lowp vec3 pixcol = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate).rgb;
lowp vec3 colors[3];
colors[0] = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
colors[1] = vec3(1.0, 1.0, 0.0);
colors[2] = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
mediump float lum = (pixcol.r + pixcol.g + pixcol.b) / 3.0;
int ix = (lum < 0.5)? 0:1;
tc = mix(colors[ix], colors[ix + 1], (lum - float(ix) * 0.5) / 0.5);

gl_FragColor = vec4(tc, 1.0);
}