javascript - 使用 WebGL 进行二维图像处理

Question

我打算用 JS 创建一个简单的照片编辑器。我的主要问题是，是否可以创建实时渲染的滤镜？例如，调整亮度和饱和度。我只需要一张 2D 图像，我可以在其中使用 GPU 应用滤镜。

我读过的所有教程都非常复杂，并没有真正解释 API 的含义。请指出正确的方向。谢谢。

Answer 1

我打算写一个教程并将其发布在我的博客上，但我不知道我什么时候有时间完成所以这就是我所拥有的 Here's a more detailed set of posts on my blog .

WebGL实际上是一个光栅化库。我接收属性(数据流)、制服(变量)，并希望您提供二维的“裁剪空间”坐标和像素的颜色数据。

这是 WebGL 中 2d 的简单示例(省略了一些细节)

// Get A WebGL context
var gl = canvas.getContext("experimental-webgl");

// setup GLSL program
vertexShader = createShaderFromScriptElement(gl, "2d-vertex-shader");
fragmentShader = createShaderFromScriptElement(gl, "2d-fragment-shader");
program = createProgram(gl, vertexShader, fragmentShader);
gl.useProgram(program);

// look up where the vertex data needs to go.
var positionLocation = gl.getAttribLocation(program, "a_position");

// Create a buffer and put a single clipspace rectangle in
// it (2 triangles)
var buffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array([
   -1.0, -1.0,
    1.0, -1.0,
   -1.0,  1.0,
   -1.0,  1.0,
    1.0, -1.0,
    1.0,  1.0]), gl.STATIC_DRAW);
gl.enableVertexAttribArray(positionLocation);
gl.vertexAttribPointer(positionLocation, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);

// draw
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 6);

这是 2 个着色器

<script id="2d-vertex-shader" type="x-shader/x-vertex">
attribute vec2 a_position;
void main() {
   gl_Position = vec4(a_position, 0, 1);
}
</script>

<script id="2d-fragment-shader" type="x-shader/x-fragment">
void main() {
   gl_FragColor = vec4(0,1,0,1);  // green
}
</script>

这将绘制一个整个 Canvas 大小的绿色矩形。

在 WebGL 中，您有责任提供一个提供裁剪空间坐标的顶点着色器。无论 Canvas 大小如何，裁剪空间坐标总是从 -1 到 +1。 如果您想要 3d，则由您提供从 3d 转换为 2d 的着色器，因为 WebGL 只是一个光栅化 API

在一个简单的例子中，如果你想以像素为单位工作，你可以传入一个使用像素而不是裁剪空间坐标的矩形，并在着色器中转换为裁剪空间

例如:

<script id="2d-vertex-shader" type="x-shader/x-vertex">
attribute vec2 a_position;

uniform vec2 u_resolution;

void main() {
   // convert the rectangle from pixels to 0.0 to 1.0
   vec2 zeroToOne = a_position / u_resolution;

   // convert from 0->1 to 0->2
   vec2 zeroToTwo = zeroToOne * 2.0;

   // convert from 0->2 to -1->+1 (clipspace)
   vec2 clipSpace = zeroToTwo - 1.0;

   gl_Position = vec4(clipSpace, 0, 1);
}
</script>

现在我们可以通过更改我们提供的数据来绘制矩形

// set the resolution
var resolutionLocation = gl.getUniformLocation(program, "u_resolution");
gl.uniform2f(resolutionLocation, canvas.width, canvas.height);

// setup a rectangle from 10,20 to 80,30 in pixels
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array([
    10, 20,
    80, 20,
    10, 30,
    10, 30,
    80, 20,
    80, 30]), gl.STATIC_DRAW);

您会注意到 WebGL 将右下角视为 0,0。为了让它成为用于 2d 图形的更传统的右上角，我们只需翻转 y 坐标。

   gl_Position = vec4(clipSpace * vec2(1, -1), 0, 1);

您想处理需要传入纹理的图像。以同样的方式， Canvas 的大小由裁剪空间坐标表示，纹理由从 0 到 1 的纹理坐标引用。

<script id="2d-vertex-shader" type="x-shader/x-vertex">
attribute vec2 a_position;
attribute vec2 a_texCoord;

uniform vec2 u_resolution;

varying vec2 v_texCoord;

void main() {
   // convert the rectangle from pixels to 0.0 to 1.0
   vec2 zeroToOne = a_position / u_resolution;

   // convert from 0->1 to 0->2
   vec2 zeroToTwo = zeroToOne * 2.0;

   // convert from 0->2 to -1->+1 (clipspace)
   vec2 clipSpace = zeroToTwo - 1.0;

   gl_Position = vec4(clipSpace, 0, 1);

   // pass the texCoord to the fragment shader
   // The GPU will interpolate this value between points.
   v_texCoord = a_texCoord;
}
</script>

<script id="2d-fragment-shader" type="x-shader/x-fragment">
precision float mediump;

// our texture
uniform sampler2D u_image;

// the texCoords passed in from the vertex shader.
varying vec2 v_texCoord;

void main() {
   gl_FragColor = texture2D(u_image, v_texCoord);
}
</script>

绘制图像需要加载图像，因为这是异步发生的，所以我们需要稍微更改一下代码。获取我们拥有的所有代码并将其放入名为“render”的函数中

var image = new Image();
image.src = "http://someimage/on/our/server";  // MUST BE SAME DOMAIN!!!
image.onload = function() {
  render();
}

function render() {
   ...
   // all the code we had before except gl.draw


   // look up where the vertex data needs to go.
   var texCoordLocation = gl.getAttribLocation(program, "a_texCoord");

   // provide texture coordinates for the rectangle.
   var texCoordBuffer = gl.createBuffer();
   gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, texCoordBuffer);
   gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array([
       1.0,  1.0, 
       0.0,  1.0, 
       0.0,  0.0, 
       1.0,  1.0, 
       0.0,  0.0, 
       1.0,  0.0]), gl.STATIC_DRAW);
   gl.enableVertexAttribArray(texCoordLocation);
   gl.vertexAttribPointer(texCoordLocation, 2, gl.FLOAT, false, 0, 0);

   var texture = gl.createTexture();
   gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
   gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, image);
   gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
   gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
   gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST);
   gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST);

   gl.draw(...)

如果你想做图像处理，你只需改变你的着色器。示例，交换红色和蓝色

void main() {
   gl_FragColor = texture2D(u_image, v_texCoord).bgra;
}

或者与旁边的像素混合。

uniform vec2 u_textureSize;

void main() {
   vec2 onePixel = vec2(1.0, 1.0) / u_textureSize;
   gl_FragColor = (texture2D(u_image, v_texCoord) +
                   texture2D(u_image, v_texCoord + vec2(onePixel.x, 0.0)) +
                   texture2D(u_image, v_texCoord + vec2(-onePixel.x, 0.0))) / 3.0;
}

而且我们必须传入纹理的大小

var textureSizeLocation = gl.getUniformLocation(program, "u_textureSize");
...
gl.uniform2f(textureSizeLocation, image.width, image.height);

等等...单击下面的最后一个链接以获取卷积示例。

这里是工作版本，进展略有不同

Draw Rect in Clip Space

Draw Rect in Pixels

Draw Rect with origin at top left

Draw a bunch of rects in different colors

Draw an image

Draw an image red and blue swapped

Draw an image with left and right pixels averaged

Draw an image with a 3x3 convolution

Draw an image with multiple effects