OpenGL community
GameDev.ru / Сообщества / OpenGL community / Статьи / Урок 7 - Экранные эффекты

Урок 7 - Экранные эффекты

Автор:

Урок по реализации экранных постэффектов (screen space effects).

Введение

Темой данного урока выбраны экранные эффекты (screen space effects), это эффекты которые применяются к готовому изображению как к обычной картинке в редакторе изображений. Для экранных эффектов можно использовать не только информацию о цвете сцены, но также использовать карты глубины (depth map), карту нормалей (normal map) и любую информацию которую вы только захотите получить со сцены.

В общем случае реализация экранного эффекта состоит из двух шагов:

  • Рендер сцены в текстуру (render to texture)
  • Вывод полноэкранного прямоугольника с полученной текстурой (fullscreen quad render)

На втором шаге мы выполняем рендер полноэкранного прямоугольника с использованием специальной шейдерной программы, которая реализует экранный эффект. В эту шейдерную программу мы передаем всю информацию которую получили на первом шаге.

Изображение

Рендер в текстуру

Рендер в текстуру осуществляется при помощи FBO, для которого нам надо создать две текстуры - текстуру цвета (color texture) и текстуру глубины (depth texture):

// создание "пустой" текстуры с нужными параметрами
GLuint TextureCreateEmpty(GLint internalFormat, GLenum format, GLsizei width, GLsizei height)
{
  GLuint texture;

  // запросим у OpenGL свободный индекс текстуры
  glGenTextures(1, &texture);

  // сделаем текстуру активной
  glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

  // установим параметры фильтрации текстуры - линейная фильтрация
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

  // установим параметры "оборачивания" текстуры - отсутствие оборачивания
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);

  // создаем "пустую" текстуру
  glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, internalFormat, width, height, 0, format, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);

  // проверим на наличие ошибок
  OPENGL_CHECK_FOR_ERRORS();

  return texture;
}

// переменные для хранения индексов текстур
GLuint colorTexture = 0, depthTexture = 0;

// создадим текстуры для FBO размером с окно
colorTexture = TextureCreateEmpty(GL_RGBA8, GL_RGB, windowWidth, windowHeight);
depthTexture = TextureCreateEmpty(GL_DEPTH_COMPONENT24, GL_DEPTH_COMPONENT, windowWidth, windowHeight);

Теперь необходимо создать FBO и присоединить к нему созданные текстуры:

// переменная для хранения идентификатора FBO
GLuint renderFBO = 0;

// переменная для хранения состояния FBO
GLenum fboStatus;

// создаем FBO
glGenFramebuffers(1, &renderFBO);
// делаем созданный FBO текущим
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, renderFBO);

// присоединяем созданные текстуры к текущему FBO
glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOT_ATTACHMENT0, colorTexture, 0);
glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT,  depthTexture, 0);

// проверим текущий FBO на корректность
if ((fboStatus = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER)) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)
{
  LOG_ERROR("glCheckFramebufferStatus error 0x%X\n", fboStatus);
  return false;
}

// делаем активным дефолтный FBO
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

Для того, чтобы произвести рендер в созданный FBO мы делаем его активным и выводим все необходимые объекты:

// устанавливаем активный FBO
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, renderFBO);
// производим очистку буферов цвета и глубины
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

// производим рендер сцены
RenderScene();

После этих действий мы получим две текстуры colorTexture, со значениями цвета, и depthTexture, со значениями глубины. Эти две текстуры мы используем для создания экранного эффекта. В данном уроке мы используем только текстуру цвета, для простых экранных эффектов, более сложные экранные эффекты потребуют также текстуру глубины и, довольно часто, текстуру нормалей.

Рендер полноэкранного прямоугольника

Чтобы создать простой экранный эффект, например такой как "обесцвечивание" или "сепия", нам понадобится текстура цвета, полученная на предыдущем шаге, и возможность вывести полноэкранный прямоугольник с этой текстурой. Текстура уже есть, теперь создадим прямоугольник:

// макрос приведения к типу const GLvoid *
#define GL_OFFSET(x) ((const GLvoid *)(x))

// структура с описанием вершины для полноэкранного прямоугольника
struct fsqVertex
{
  float3 position;
  float2 texcoord;
};

// VAO и VBO для полноэкранного прямоугольника
GLuint fsqVAO = 0, fsqVBO = 0;

// вершины полноэкранного прямоугольника
const fsqVertex fsqVertices[6] = {
  {{-1.0f, -1.0f, 0.0f}, {0.0f,0.0f}},
  {{ 1.0f, -1.0f, 0.0f}, {1.0f,0.0f}},
  {{-1.0f,  1.0f, 0.0f}, {0.0f,1.0f}},
  {{ 1.0f, -1.0f, 0.0f}, {1.0f,0.0f}},
  {{ 1.0f,  1.0f, 0.0f}, {1.0f,1.0f}},
  {{-1.0f,  1.0f, 0.0f}, {0.0f,1.0f}}
};

// создадим VAO и VBO для рендера полноэкранного прямоугольника
glGenVertexArrays(1, &fsqVAO);
glBindVertexArray(fsqVAO);
glGenBuffers(1, &fsqVBO);

// заполняем VBO вершинными данными
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, fsqVBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(fsqVertex), fsqVertices, GL_STATIC_DRAW);

// задаем параметры расположения вершинных атрибутов в VBO
glVertexAttribPointer(VERT_POSITION, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE,
  sizeof(fsqVertex), GL_OFFSET(0));
glEnableVertexAttribArray(VERT_POSITION);

glVertexAttribPointer(VERT_TEXCOORD, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE,
  sizeof(fsqVertex), GL_OFFSET(sizeof(float3)));
glEnableVertexAttribArray(VERT_TEXCOORD);

Весь смысл создания такого полноэкранного прямоугольника в том, что нам не придется использовать какие либо матрицы, все его вершины уже заданы в нормализованных координатах, таким образом мы можем использовать glViewport чтобы задать место вывода этого прямоугольника, в этом уроке мы будем использовать всю доступную область окна:

// устанавливаем в качестве активного дефолтный FBO
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

// устанавливаем шейдерную программу с реализацией экранного эффекта
ShaderProgramBind(posteffectProgram);

// устанавливаем текстуру сцены в 0-вой текстурный юнит
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, colorTexture);
glUniform1i(glGetUniformLocation(posteffectProgram, "colorTexture"), 0);

// выводим полноэкранный прямоугольник на экран
glViewport(0, 0, windowWidth, windowHeight);
glBindVertexArray(fsqVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);

Остается только реализовать какой-нибудь экранный эффект в шейдерной программе posteffectProgram, загрузить ее и получить готовую картинку на экране.

Примеры экранных эффектов

В исходных кодах к уроку реализованы 6 различных экранных эфектов:

  • Обесцвечивание (grayscale)
  • Сепия (sepia)
  • Инверсия (inverse)
  • Размытие (blur)
  • Рельеф (emboss)
  • Псевдо-аберрация (aberration)

Рассмотрим два эффекта - обесцвечивание и рельеф, последний представлен на сркиншоте к этому уроку.

Вершинный шейдер для всех экранных эффектов один и тот же, он просто получает на вход вершинные атрибуты полноэкранного прямоугольника, устанавливает позицию вершины и передает во фрагментный шейдер интерполированные текстурные координаты:

#version 330 core

layout(location = VERT_POSITION) in vec3 position;
layout(location = VERT_TEXCOORD) in vec2 texcoord;

// параметры для фрагментного шейдера
out Vertex
{
  vec2 texcoord;
} Vert;

void main(void)
{
  // передаем текстурные координаты
  Vert.texcoord = texcoord;

  // переводим координаты вершины в однородные
  gl_Position = vec4(position, 1.0);
}

Фрагментный шейдер для эффекта "обесцвечивания":

#version 330 core
// текстура цвета
uniform sampler2D colorTexture;

// параметры полученные из вершинного шейдера
in Vertex
{
  vec2 texcoord;
} Vert;

layout(location = FRAG_OUTPUT0) out vec4 color;

// мера влияния каждой компоненты цвета на итоговый цвет в оттенках серого
const vec3 factor = vec3(0.27, 0.67, 0.06);

vec3 filter(in vec2 texcoord)
{
  return vec3(dot(factor, texture(colorTexture, texcoord).rgb));
}

void main(void)
{
  // обработать только левую половину изображения
  vec3 texel = Vert.texcoord.x < 0.5 ? filter(Vert.texcoord)
    : texture(colorTexture, Vert.texcoord).rgb;

  // задаем цвет фрагмента
  color = vec4(texel, 1.0);
}

Фрагментный шейдер для эффекта "рельеф":

#version 330 core
uniform sampler2D colorTexture;

// параметры полученные из вершинного шейдера
in Vertex
{
  vec2 texcoord;
} Vert;

layout(location = FRAG_OUTPUT0) out vec4 color;

// размер ядра фильтра
#define KERNEL_SIZE 9

// ядро фильтра
const float kernel[KERNEL_SIZE] = float[](
  2.0,  0.0,  0.0,
  0.0, -1.0,  0.0,
  0.0,  0.0, -1.0
);

// смещение текстурных координат для фильтра
const vec2 offset[KERNEL_SIZE] = vec2[](
  vec2(-1.0,-1.0), vec2( 0.0,-1.0), vec2( 1.0,-1.0),
  vec2(-1.0, 0.0), vec2( 0.0, 0.0), vec2( 1.0, 0.0),
  vec2(-1.0, 1.0), vec2( 0.0, 1.0), vec2( 1.0, 1.0)
);

// мера влияния каждой компоненты цвета на итоговый цвет в оттенках серого
const vec3 factor = vec3(0.27, 0.67, 0.06);

// обработка фильтром указанного фрагмента
vec3 filter(in vec2 texcoord)
{
  vec2 pstep = vec2(1.0) / vec2(textureSize(colorTexture, 0));
  vec4 res   = vec4(0.5);

  for (int i = 0; i < KERNEL_SIZE; ++i)
    res += texture(colorTexture, texcoord + offset[i] * pstep) * kernel[i];

  return vec3(dot(factor, vec3(res)));
}

void main(void)
{
  // обработать только левую половину изображения
  vec3 texel = Vert.texcoord.x < 0.5 ? filter(Vert.texcoord)
    : texture(colorTexture, Vert.texcoord).rgb;

  // задаем цвет фрагмента
  color = vec4(texel, 1.0);
}

Полезные ссылки

Исходный код и программа

Доступ к исходному коду уроку с проектом для MSVC можно получить двумя способами:

  • Используя SVN lesson07
  • Скачав архив (включает программу) lesson07.zip

20 февраля 2011

#эффекты, #OpenGL, #уроки


Обновление: 7 августа 2014

2001—2018 © GameDev.ru — Разработка игр