OpenGL ES 实现马赛克滤镜
马赛克滤镜
主要是实现不同马赛克样式的滤镜，主要有以下三种样式
正方形
六边形
三角形
不同马赛克样式，对应不同的滤镜算法，如图所示
3种马赛克滤镜的算法流程
正方形马赛克
正方形马赛克原理：把图片的一个相当大小的区域用同一个颜色值来表示，可以认为是大规模的降低图像的分辨率，从而让图像的一些细节隐藏起来
滤镜算法主要有以下几步：
根据纹理坐标计算实际图像中的位置，相当于将纹理颜色区放大
计算出一个小马赛克的坐标，即找到马赛克提取颜色值的像素点
将马赛克坐标换算回纹理坐标，即将纹理颜色区缩小
如图所示
正方形马赛克算法图示
片元着色中的滤镜算法实现如下
precision highp float;
//纹理坐标
uniform sampler2D Texture;
//纹理采样器
varying vec2 TextureCoordsVarying;
//纹理图片size
const vec2 TexSize = vec2(400.0, 400.0);
//马赛克size
const vec2 MosaicSize = vec2(16.0, 16.0);
void main(){
//计算实际图像位置
vec2 intXY = vec2(TextureCoordsVarying.x * TexSize.x, TextureCoordsVarying.y * TexSize.y);
//floor(x) 内建函数，返回小于/等于x最大的整数，即向下取整
//floor(intXY.x/mosaicSize.x)*mosaicSize.x 计算出一个小马赛克的坐标
vec2 XYMosaic = vec2(floor(intXY.x/MosaicSize.x)*MosaicSize.x, floor(intXY.y/MosaicSize.y)*MosaicSize.y);
//换算回纹理坐标，此时的纹理坐标是小马赛克的部分的纹理坐标，即某一个色块
vec2 UVMosaic = vec2(XYMosaic.x/TexSize.x, XYMosaic.y/TexSize.y);
//获取到马赛克后的纹理坐标的颜色值
vec4 color = texture2D(Texture, UVMosaic);
//将马赛克颜色值赋值给gl_FragColor
gl_FragColor = color;
}
六边形马赛克
六边形马赛克原理：将一张图片，分割成由六边形组成，再取每个六边形的中点画出一个个的矩形，根据矩形的奇偶排列情况求出对应的2个中心点，并计算纹理坐标与两个中心点的距离，根据距离判断，采取就近原则，当前的六边形就采用近的中心点的颜色值。
将图片分割成六边形，六边形中心点画出矩形后的呈现如下所示
图片切割成六边形，六边形组合成矩阵图示
滤镜算法主要实现步骤有：
设置矩形的长宽比例值TR、TB（TB：TR 符合比例 3：√3）
其中长宽比为3：√3，计算过程如下：
长宽比计算过程
获取纹理坐标的x，y
根据纹理坐标计算对应的矩形坐标wx、wy
假设矩阵的比例为3*len：√3*len，那么纹理坐标（x，y）对应的矩阵坐标为
矩形坐标图示
根据行列的奇偶情况，求对应的中心点纹理坐标v1、v2
偶行偶列：（0，0）（1，1）/，即左上、右下
偶行奇列：（0，1）（1，0）\，即左下、右上
奇行偶列：（0，1）（1，0）\，即左下、右上
奇行奇列：（0，0）（1，1）/，即左上、右下
最终汇总起来也只有2种情况，（0，0）（1，1） 和 （0，1）（1，0），如下图所示
中心点计算图示
其中单个矩阵中，4个点的坐标计算公式如下：
- 对于计算中的wx+1，拿（1，0）点来说，wx+1等同于（1，0）与（0，0）之间相差一个矩形的长，这个长度为1，为了得到（1，0）点的坐标，要在（0，0）点坐标的基础上，将wx增加一个长
- 对于计算中的wy+1，拿（0，1）点来说，wy+1等同于（0，0）与（0，1）之间相差一个矩形的高，这个长度为1，为了得到（0，1）点的坐标，要在（0，0）点坐标的基础上，将wy增加一个高
单个矩阵4个点计算公式
根据距离公式求像素点距离两个中心点的距离s1、s2
s1 = √（（v1.x-x）² + （v1.y-y）²）
s2 = √（（v2.x-x）² + （v2.y-y）²）
如图所示，
与中心点距离图示
根据求出的距离，判断离哪个中心点近，就取哪个六边形的中心点颜色值为六边形的颜色值
片元着色器代码
precision highp float;
uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsVarying;
//六边形的边长
const float mosaicSize = 0.03;
void main(){
float length = mosaicSize;
//矩形的高的比例为√3，取值 √3/2 ，也可以直接取√3
float TR = 0.866025;
//矩形的长的比例为3，取值 3/2 = 1.5，也可以直接取3
float TB = 1.5;
//取出纹理坐标
float x = TextureCoordsVarying.x;
float y = TextureCoordsVarying.y;
//根据纹理坐标计算出对应的矩阵坐标
//即 矩阵坐标wx = int（纹理坐标x/ 矩阵长），矩阵长 = TB*len
//即 矩阵坐标wy = int（纹理坐标y/ 矩阵宽），矩阵宽 = TR*len
int wx = int(x / TB / length);
int wy = int(y / TR / length);
vec2 v1, v2, vn;
//判断wx是否为偶数，等价于 wx % 2 == 0
if (wx/2 * 2 == wx) {
if (wy/2 * 2 == wy) {//偶行偶列
//(0,0),(1,1)
v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy));
v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy+1));
}else{//偶行奇列
//(0,1),(1,0)
v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy+1));
v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy));
}
}else{
if (wy/2 * 2 == wy) {//奇行偶列
//(0,1),(1,0)
v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy+1));
v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy));
}else{//奇行奇列
//(0,0),(1,1)
v1 = vec2(length * TB * float(wx), length * TR * float(wy));
v2 = vec2(length * TB * float(wx+1), length * TR * float(wy+1));
}
}
//利用距离公式，计算中心点与当前像素点的距离
float s1 = sqrt(pow(v1.x-x, 2.0) + pow(v1.y-y, 2.0));
float s2 = sqrt(pow(v2.x-x, 2.0) + pow(v2.y-y, 2.0));
//选择距离小的则为六边形的中心点，且获取它的颜色
vn = (s1 < s2) ? v1 : v2;
//获取六边形中心点的颜色值
vec4 color = texture2D(Texture, vn);
gl_FragColor = color;
}
三角形马赛克
原理：三角形马赛克是由六边形马赛克演变而来，得到三角形的前提，就是的先有六边形，然后将正六边形6等分，每个三角形都是正三角形，然后求出纹理坐标与中心点的夹角，同时求出三角形的中心点，根据夹角判断，夹角属于哪个三角形，就将该三角形的中心点颜色作为整个三角形的纹素
三角形滤镜算法步骤是在六边形滤镜算法的步骤上增加以下步骤：
求出当前像素点与纹理中心点的夹角
如下图所示，纹理坐标为（x，y），中心点为vn，求夹角
夹角计算图示
计算6个三角形的中心点
6个三角形的中心点计算图示
判断夹角属于哪个三角形，则获取哪个三角形的中心点坐标
其中，不同三角形的夹角范围如图所示
三角形夹角范围图示
片元着色器代码：在六边形滤镜算法（即 vn = (s1 < s2) ? v1 : v2;）后增加如下代码
//获取像素点与中心点的角度
float a = atan((x-vn.x)/(y-vn.y));
//判断夹角，属于哪个三角形，则获取哪个三角形的中心点坐标
vec2 area1 = vec2(vn.x, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
vec2 area2 = vec2(vn.x + mosaicSize / 2.0, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
vec2 area3 = vec2(vn.x + mosaicSize / 2.0, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
vec2 area4 = vec2(vn.x, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
vec2 area5 = vec2(vn.x - mosaicSize / 2.0, vn.y + mosaicSize * TR / 2.0);
vec2 area6 = vec2(vn.x - mosaicSize / 2.0, vn.y - mosaicSize * TR / 2.0);
if (a >= PI6 && a < PI6 * 3.0) {
vn = area1;
}else if (a >= PI6 * 3.0 && a < PI6 * 5.0){
vn = area2;
}else if ((a >= PI6 * 5.0 && a <= PI6 * 6.0) || (a < -PI6 * 5.0 && a > -PI6 * 6.0)){
vn = area3;
}else if (a < -PI6 * 3.0 && a >= -PI6 * 5.0){
vn = area4;
}else if (a <= -PI6 && a > -PI6 * 3.0){
vn = area5;
}else if (a > -PI6 && a < PI6){
vn = area6;
}
//获取对应三角形重心的颜色值
vec4 color = texture2D(Texture, vn);
// 将颜色值填充到片元着色器内置变量gl_FragColor
gl_FragColor = color;
atan是GLSL中的内建函数，有两种计算方式
1、atan(y,x) 值域是[0，π],
2、atan(y/x),值域是[-π/2, π/2]
