ios - 如何在顶点/片段着色器( Metal )中使用 3x3 2D 变换

Question

我有一项看似简单的任务，但显然我仍然不了解投影在着色器中的工作原理。我需要对纹理四边形(2 个三角形)进行 2D 透视变换，但视觉上看起来不正确(例如，梯形比 CPU 版本中的略高或拉伸(stretch)得更多)。

我有这个结构:

struct VertexInOut  
{  
  float4 position [[position]];  
  float3 warp0;  
  float3 warp1;  
  float3 warp2;  
  float3 warp3;  
};  

在顶点着色器中，我做了类似的事情(texCoords 是四角的像素坐标，单应性是在像素坐标中计算的):

v.warp0 = texCoords[vid] * homographies[0]; 

然后在片段着色器中像这样:

return intensity.sample(s, inFrag.warp0.xy / inFrag.warp0.z);

结果不是我所期望的。我花了几个小时在这上面，但我无法弄清楚。 通风

更新:

这些是 CPU 的代码和结果(又名预期结果):

// _image contains the original image
cv::Matx33d h(1.03140473, 0.0778113901, 0.000169219566,
              0.0342947133, 1.06025684, 0.000459250761,
              -0.0364957005, -38.3375587, 0.818259298);
cv::Mat dest(_image.size(), CV_8UC4);
// h is transposed because OpenCV is col major and using backwarping because it is what is used on the GPU, so better for comparison
cv::warpPerspective(_image, dest, h.t(), _image.size(), cv::WARP_INVERSE_MAP | cv::INTER_LINEAR);  

这些是 GPU 的代码和结果(又名错误结果):

// constants passed in buffers, image size 320x240
const simd::float4 quadVertices[4] =
{
  { -1.0f,  -1.0f, 0.0f, 1.0f },
  { +1.0f,  -1.0f, 0.0f, 1.0f },
  { -1.0f,  +1.0f, 0.0f, 1.0f },
  { +1.0f,  +1.0f, 0.0f, 1.0f },
};

const simd::float3 textureCoords[4] =
{
  { 0,  IMAGE_HEIGHT, 1.0f },
  { IMAGE_WIDTH, IMAGE_HEIGHT, 1.0f },
  { 0, 0, 1.0f },
  { IMAGE_WIDTH, 0, 1.0f },
};

// vertex shader
vertex VertexInOut homographyVertex(uint vid [[ vertex_id ]],
                                    constant float4 *positions [[ buffer(0) ]],
                                    constant float3 *texCoords [[ buffer(1) ]],
                                    constant simd::float3x3 *homographies [[ buffer(2) ]])
{
  VertexInOut v;
  v.position = positions[vid];

  // example homography
  simd::float3x3 h = {
    {1.03140473, 0.0778113901, 0.000169219566},
    {0.0342947133, 1.06025684, 0.000459250761},
    {-0.0364957005, -38.3375587, 0.818259298}
  };

  v.warp = h * texCoords[vid];

  return v;
}

// fragment shader
fragment int4 homographyFragment(VertexInOut inFrag [[stage_in]],
                                 texture2d<uint, access::sample> intensity [[ texture(1) ]])
{
  constexpr sampler s(coord::pixel, filter::linear, address::clamp_to_zero);
  float4 targetIntensity = intensityRight.sample(s, inFrag.warp.xy / inFrag.warp.z);
  return targetIntensity;
}

原图:

更新 2:

与应该在片段着色器中完成透视分割的普遍看法相反，如果我在顶点着色器中分割(并且三角形之间没有变形或接缝)，我会得到很多更相似的结果，但为什么呢？

更新 3:

如果出现以下情况，我会得到相同(错误)的结果:

• 我将透视划分移动到片段着色器
• 我只是从代码中删除了分隔符

很奇怪，看起来鸿沟并没有发生。

Answer 1

好的，解决方案当然是一个非常小的细节:simd::float3 的division 表现得非常疯狂。事实上，如果我像这样在片段着色器中进行透视划分:

float4 targetIntensity = intensityRight.sample(s, inFrag.warp.xy * (1.0 / inFrag.warp.z));

它有效!

这让我发现乘以预除 float 与除以 float 不同。这其中的原因我还不清楚，如果有人知道为什么我们可以解开这个谜团。