上一篇文章中，我大概介绍了一下短视频的拍摄，主要就是音视频的加减速。这篇文章我将介绍下抖音视频特效的实现，废话不多说，进入正题。
1.特效概览
特效列表
特效列表
抖音上目前有这九种视频特效，本文将介绍前面六种的实现。有人可能会问了，为什么最后三种特效被忽略了。
当然是因为我懒啦。
没想到吧
2.『灵魂出窍』
抖音的实现效果如下:
灵魂出窍
我的实现效果如下:
ezgif.com-rotate.gif
代码实现
通过观察抖音的效果，可以看到，共有两个图层，一个是视频原图，还有一个是从中心放大并且透明度逐渐减小的图层，关键代码如下。
2.1 顶点着色器
uniform mat4 uTexMatrix;attribute vec2 aPosition;attribute vec4 aTextureCoord;varying vec2 vTextureCoord;uniform mat4 uMvpMatrix;void main(){ gl_Position = uMvpMatrix * vec4(aPosition,0.1,1.0);
vTextureCoord = (uTexMatrix * aTextureCoord).xy;
}2.2 片元着色器
#extension GL_OES_EGL_image_external : requireprecision mediump float;varying vec2 vTextureCoord;uniform samplerExternalOES uTexture;uniform float uAlpha;void main(){ gl_FragColor = vec4(texture2D(uTexture,vTextureCoord).rgb,uAlpha);
}这两部分代码比较简单，没有什么特殊的操作，就是单纯地把纹理渲染到内存中
2.3动画代码
//当前动画进度private float mProgress = 0.0f;//当前地帧数private int mFrames = 0;//动画最大帧数private static final int mMaxFrames = 15;//动画完成后跳过的帧数private static final int mSkipFrames = 8;//放大矩阵private float[] mMvpMatrix = new float[16];//opengl 参数位置private int mMvpMatrixLocation;private int mAlphaLocation;public void onDraw(int textureId,float[] texMatrix){ //因为这里是两个图层，所以开启混合模式
glEnable(GL_BLEND);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_DST_ALPHA);
mProgress = (float) mFrames / mMaxFrames; if (mProgress > 1f) {
mProgress = 0f;
}
mFrames++; if (mFrames > mMaxFrames + mSkipFrames) {
mFrames = 0;
}
Matrix.setIdentityM(mMvpMatrix, 0);//初始化矩阵
//第一帧是没有放大的，所以这里直接赋值一个单位矩阵
glUniformMatrix4fv(mMvpMatrixLocation, 1, false, mMvpMatrix, 0); //底层图层的透明度
float backAlpha = 1f; //放大图层的透明度
float alpha = 0f; if (mProgress > 0f) {
alpha = 0.2f - mProgress * 0.2f;
backAlpha = 1 - alpha;
}
glUniform1f(mAlphaLocation, backAlpha);
glUniformMatrix4fv(mUniformTexMatrixLocation, 1, false, texMatrix, 0); //初始化顶点着色器数据，包括纹理坐标以及顶点坐标
mRendererInfo.getVertexBuffer().position(0);
glVertexAttribPointer(mAttrPositionLocation, 2,
GL_FLOAT, false, 0, mRendererInfo.getVertexBuffer());
mRendererInfo.getTextureBuffer().position(0);
glVertexAttribPointer(mAttrTexCoordLocation, 2,
GL_FLOAT, false, 0, mRendererInfo.getTextureBuffer());
GLES20.glActiveTexture(GLES20.GL_TEXTURE0);
GLES20.glBindTexture(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, textureId); //绘制底部原图
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4); if (mProgress > 0f) { //这里绘制放大图层
glUniform1f(mAlphaLocation, alpha); float scale = 1.0f + 1f * mProgress;
Matrix.scaleM(mMvpMatrix, 0, scale, scale, scale);
glUniformMatrix4fv(mMvpMatrixLocation, 1, false, mMvpMatrix, 0);
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
}
GLES20.glBindTexture(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, 0);
GLES20.glUseProgram(0);
glDisable(GL_BLEND);
}以上代码最终绘制出来的就是 『灵魂出窍』的效果
3.『抖动』
抖音的实现效果如下:
shake
我的实现效果如下:
ezgif-4-d0c993e10f.gif
代码实现
要做这个效果前，我们先分析下抖音的效果。这个特效总共包含两个部分的内容:
中心放大
颜色偏移
我们把视频暂停截图之后，可以看到如下的图:
WX20180910-191159.png
从图上我们可以看到，键盘里的原文字变成了蓝色，而左上角和右下角分别多了绿色和红色的字，那么这个颜色分离就是将一个像素的RGB值分别分离出去。
2.1 顶点着色器
uniform mat4 uTexMatrix;attribute vec2 aPosition;attribute vec4 aTextureCoord;varying vec2 vTextureCoord;uniform mat4 uMvpMatrix;void main(){ gl_Position = uMvpMatrix * vec4(aPosition,0.1,1.0);
vTextureCoord = (uTexMatrix * aTextureCoord).xy;
}2.2 片元着色器
#extension GL_OES_EGL_image_external : requireprecision mediump float;varying vec2 vTextureCoord;uniform samplerExternalOES uTexture;//颜色的偏移距离uniform float uTextureCoordOffset;void main(){ vec4 blue = texture2D(uTexture,vTextureCoord); vec4 green = texture2D(uTexture,vec2(vTextureCoord.x + uTextureCoordOffset,vTextureCoord.y + uTextureCoordOffset)); vec4 red = texture2D(uTexture,vec2(vTextureCoord.x - uTextureCoordOffset,vTextureCoord.y - uTextureCoordOffset)); gl_FragColor = vec4(red.x,green.y,blue.z,blue.w);
}这里分析下片元着色器的代码，要实现像素偏移，首先我们要明白的一点是，片元着色器是针对每个像素生效的，代码中的vTextureCoord包含了当前像素的坐标(x,y)，x和y分别都是从0到1。如果要将像素的颜色分离，那么我们只需要将texture2D函数中的坐标进行转换就行了。举个栗子，(0.1,0.1）的点上有个白色像素，当前像素的坐标是(0.0,0.0)，我们要让白色像素的绿色分量显示在当前像素的位置上，那么我们可以将当前像素的x、y坐标全部加上0.1，那么实际产生的效果就是那个白色像素向左上角偏移了。红色值偏移也是类似的意思，拿到左上角和右下角的像素的红绿色值之后，跟当前的像素的蓝色色值进行组合，就形成了图片中的效果。
2.3 动画关键代码
private float[] mMvpMatrix = new float[16]; private float mProgress = 0.0f; private int mFrames = 0; private static final int mMaxFrames = 8; private static final int mSkipFrames = 4; @Override
protected void onDraw(int textureId, float[] texMatrix) {
mProgress = (float) mFrames / mMaxFrames; if (mProgress > 1f) {
mProgress = 0f;
}
mFrames++; if (mFrames > mMaxFrames + mSkipFrames) {
mFrames = 0;
} float scale = 1.0f + 0.2f * mProgress;
Matrix.setIdentityM(mMvpMatrix, 0); //设置放大的百分比
Matrix.scaleM(mMvpMatrix, 0, scale, scale, 1.0f);
glUniformMatrix4fv(mMvpMatrixLocation, 1, false, mMvpMatrix, 0); //设置色值偏移的量
float textureCoordOffset = 0.01f * mProgress;
glUniform1f(mTextureCoordOffsetLocation, textureCoordOffset); super.onDraw(textureId, texMatrix);
}4.『毛刺』
抖音效果图:
毛刺
我的实现效果图:
毛刺
『毛刺』的效果还原的不是很完整，动画的参数没有调整好。
代码实现
看到这个效果，我们先分析一下，将视频逐帧分析，可以看到以下的截图:
毛刺截图
仔细观察这个图片，我们可以发现，其实毛刺效果就是某一行像素值偏移了一段距离，看着就像是图片被撕裂了，并且这个偏移是随着y轴随机变化的，这样看起来效果更自然，并且观察gif图可以看到，除了撕裂，还有个色值偏移的效果。色值偏移在介绍 "抖动" 效果时已经讲过了，那么这里只要解决撕裂效果就可以了。
4.1 顶点着色器
uniform mat4 uTexMatrix;attribute vec2 aPosition;attribute vec4 aTextureCoord;varying vec2 vTextureCoord;uniform mat4 uMvpMatrix;void main(){ gl_Position = uMvpMatrix * vec4(aPosition,0.1,1.0);
vTextureCoord = (uTexMatrix * aTextureCoord).xy;
}4.2 片元着色器
#extension GL_OES_EGL_image_external : requireprecision highp float;varying vec2 vTextureCoord;uniform samplerExternalOES uTexture;//这是个二阶向量，x是横向偏移的值，y是阈值uniform vec2 uScanLineJitter;//颜色偏移的值uniform float uColorDrift;//随机函数float nrand(in float x, in float y){ return fract(sin(dot(vec2(x, y), vec2(12.9898, 78.233))) * 43758.5453);
}void main(){ float u = vTextureCoord.x; float v = vTextureCoord.y; float jitter = nrand(v,0.0) * 2.0 - 1.0; float drift = uColorDrift; float offsetParam = step(uScanLineJitter.y,abs(jitter));
jitter = jitter * offsetParam * uScanLineJitter.x; vec4 color1 = texture2D(uTexture,fract(vec2( u + jitter,v))); vec4 color2 = texture2D(uTexture,fract(vec2(u + jitter + v*drift ,v))); gl_FragColor = vec4(color1.r,color2.g,color1.b,1.0);
}这里重点讲解下片元着色器的代码，随机函数就是代码中的nrand函数
fract、dot和sin是opengl自带的函数，意思是取某个数的小数部分，即fract(x) = x - floor(x);
dot是向量点乘，sin就是正弦函数
如上代码所示，我们首先取出当前像素的x、y的值，然后用y去计算随机数
float jitter = nrand(v,0.0) * 2.0 - 1.0;//这里得到一个-1到1的数
然后接下来，我们计算当前这一行的像素要往左偏，还是往右偏
float offsetParam = step(uScanLineJitter.y,abs(jitter));//step是gl自带函数，意思是，如果第一个参数大于第二个参数，那么返回0，否则返回1
所以这句话的意思就是，判断当前的随机数是否大于某个阈值，如果大于这个阈值，那么就偏移，否则就不偏移。通过控制这个阈值，我们可以改变当前视频的混乱度(越混乱，撕裂的像素就越多)
接着是计算某行像素的偏移值
jitter = jitter * offsetParam * uScanLineJitter.x;//offsetParam如果是0，就不便宜了，如果是1，就偏移jitter*uScanLineJitter.x的距离，其中uScanLineJitter.x是最大偏移值//这里计算最终的像素值，纹理坐标是0到1之间的数，如果小于0，那么图像就捅到屏幕右边去，如果超过1，那么就捅到屏幕左边去。vec4 color1 = texture2D(uTexture,fract(vec2( u + jitter,v)));vec4 color2 = texture2D(uTexture,fract(vec2(u + jitter + v*drift ,v)));
4.3 动画代码
动画代码这里就不贴了，大概就是根据当前帧数控制
//这是个二阶向量，x是横向偏移的值，y是阈值uniform vec2 uScanLineJitter;//颜色偏移的值uniform float uColorDrift;
这两个参数的值，uScanLineJitter.x越大，横向撕裂的距离就越大;uScanLineJitter.y越大，屏幕上被撕裂的像素就越少
5.『缩放』
抖音效果图:
缩放
我的实现效果图:
缩放
代码实现
这个效果比较简单，就是放大然后缩小 不停地循环
5.1顶点着色器
uniform mat4 uTexMatrix;attribute vec2 aPosition;attribute vec4 aTextureCoord;varying vec2 vTextureCoord;//缩放矩阵uniform mat4 uMvpMatrix;void main(){ gl_Position = uMvpMatrix * vec4(aPosition,0.1,1.0);
vTextureCoord = (uTexMatrix * aTextureCoord).xy;
}5.2片元着色器
#extension GL_OES_EGL_image_external : requireprecision mediump float;varying vec2 vTextureCoord;uniform samplerExternalOES uTexture;void main(){ gl_FragColor = texture2D(uTexture,vTextureCoord);
}5.3动画代码
动画代码比较简单，就是控制缩放矩阵来放大缩小，关键代码如下:
private int mScaleMatrixLocation; //最大缩放是1.3倍
private static final float mScale = 0.3f; private int mFrames; //最大帧数是14帧，通过这个控制动画速度
private int mMaxFrames = 14; private int mMiddleFrames = mMaxFrames / 2; private float[] mScaleMatrix = new float[16]; public void onDraw(int textureId,float texMatrix[]){ //初始化矩阵
Matrix.setIdentityM(mScaleMatrix, 0); float progress; if (mFrames <= mMiddleFrames) {
progress = mFrames * 1.0f / mMiddleFrames;
} else {
progress = 2f - mFrames * 1.0f / mMiddleFrames;
} float scale = 1f + mScale * progress;
Matrix.scaleM(mScaleMatrix, 0, scale, scale, scale);
glUniformMatrix4fv(mScaleMatrixLocation, 1, false, mScaleMatrix, 0);
mFrames++; if (mFrames > mMaxFrames) {
mFrames = 0;
}
...
}6.『闪白』
抖音实现效果图:
闪白
我的实现效果图:
闪白
代码实现
这个效果比较简单，就是个相机过度曝光的感觉，具体实现就是给RGB的每个分量增加一个固定的值。
6.1顶点着色器
uniform mat4 uTexMatrix;attribute vec2 aPosition;attribute vec4 aTextureCoord;varying vec2 vTextureCoord;void main(){ gl_Position = vec4(aPosition,0.1,1.0);
vTextureCoord = (uTexMatrix * aTextureCoord).xy;
}6.2片元着色器
#extension GL_OES_EGL_image_external : requireprecision mediump float;varying vec2 vTextureCoord;uniform samplerExternalOES uTexture;//修改这个值，可以控制曝光的程度uniform float uAdditionalColor;void main(){ vec4 color = texture2D(uTexture,vTextureCoord); gl_FragColor = vec4(color.r + uAdditionalColor,color.g + uAdditionalColor,color.b + uAdditionalColor,color.a);
}6.3动画代码
public void onDraw(int textureId,float[] texMatrix){
float progress; if (mFrames <= mHalfFrames) {
progress = mFrames * 1.0f / mHalfFrames;
} else {
progress = 2.0f - mFrames * 1.0f / mHalfFrames;
}
mFrames++; if (mFrames > mMaxFrames) {
mFrames = 0;
}
glUniform1f(mAdditionColorLocation, progress);
...绘制
}7.『幻觉』
抖音实现效果:
huanjue.gif
我的实现效果:
huanjue1.gif
代码实现
第一次看到这个效果的时候，我是有点懵逼的，因为一点头绪都没有，当时只想把电脑扔了。
throw-away-your-laptop
后来逐帧分析的时候，还是发现了一丝端倪。这个特效大概可以总结为三个部分:
滤镜
残影
残影颜色分离
7.1 滤镜
用两张图来对比一下，大家大概就知道了
滤镜前
滤镜前
滤镜后
751536631171_.pic.jpg
可以看到，在使用了幻觉特效之后，图片有种偏暗蓝的感觉。这种情况下咋整？一般有两种选择，找视觉同学帮你还原，或者是，反编译apk包搜代码。我选择了后者。在将抖音apk解压之后，搜索资源文件，发现了一张图——lookup_vertigo.png，就是这个东东
lut
这个是啥呢？就是一个颜色查找表，滤镜可以通过代码手动转换颜色或者把颜色转换信息写在一个lut文件里，然后要用的时候直接从图片里查找即可。
LUT文件使用代码如下:
//这个是LUT文件的纹理uniform sampler2D uTexture2;vec4 lookup(in vec4 textureColor){ mediump float blueColor = textureColor.b * 63.0; mediump vec2 quad1;
quad1.y = floor(floor(blueColor) / 8.0);
quad1.x = floor(blueColor) - (quad1.y * 8.0); mediump vec2 quad2;
quad2.y = floor(ceil(blueColor) / 8.0);
quad2.x = ceil(blueColor) - (quad2.y * 8.0); highp vec2 texPos1;
texPos1.x = (quad1.x * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.r);
texPos1.y = (quad1.y * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.g);
texPos1.y = 1.0-texPos1.y; highp vec2 texPos2;
texPos2.x = (quad2.x * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.r);
texPos2.y = (quad2.y * 0.125) + 0.5/512.0 + ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.g);
texPos2.y = 1.0-texPos2.y; lowp vec4 newColor1 = texture2D(uTexture2, texPos1); lowp vec4 newColor2 = texture2D(uTexture2, texPos2); lowp vec4 newColor = mix(newColor1, newColor2, fract(blueColor)); return newColor;
}将我们的视频帧通过这个lut文件转换之后，就是『幻觉』滤镜的效果了。
在做滤镜的时候碰到了一个问题，就是普通的sampler2D纹理无法和samplerExternalOES纹理共用，具体情况就是，当在glsl代码中同时存在这两种纹理时，代码是无法正常运行的。那么怎么解决呢？如果只是视频预览，解决的方法比较多，比如使用Camera类的previewCallback，拿到每一帧的byte数组(yuv数据)之后，将yuv数据转成rgb，再将rgb转成纹理来显示就可以了。这种方法虽然可行，但是因为需要数据转换，效率比较差。那有没有比较优雅并且高效的解决办法呢？答案是——FBO。
在OpenGL渲染管线中，几何数据和纹理经过多次转化和多次测试，最后以二维像素的形式显示在屏幕上。OpenGL管线的最终渲染目的地被称作帧缓存（framebuffer）。帧缓冲是一些二维数组和OpenG所使用的存储区的集合：颜色缓存、深度缓存、模板缓存和累计缓存。一般情况下，帧缓存完全由window系统生成和管理，由OpenGL使用。这个默认的帧缓存被称作“window系统生成”（window-system-provided）的帧缓存。
在OpenGL扩展中，GL_EXT_framebuffer_object提供了一种创建额外的不能显示的帧缓存对象的接口。为了和默认的“window系统生成”的帧缓存区别，这种帧缓冲成为应用程序帧缓存（application-createdframebuffer）。通过使用帧缓存对象（FBO），OpenGL可以将显示输出到引用程序帧缓存对象，而不是传统的“window系统生成”帧缓存。而且，它完全受OpenGL控制。
总结来说就是，FBO相当于在内存中创建了一个Canvas，我们可以将这块画布和一个纹理绑定，然后先将内容画到画布上，之后就可以通过纹理对这块画布里的内容为所欲为了。
FBO的使用下文会继续说明。
7.2残影
『幻觉』特效最明显的一个效果就是，画面中的物体移动时会有残影，这个如何解决呢？仔细思考一下我们就可以得到答案——保留上一帧的内容，将其透明化，然后和当前帧的内容混合。不断重复这个过程，就会得到残影的效果。那么如何保留上一帧的内容呢？答案还是——FBO。
7.3残影颜色分离
这个可能不好理解，看个截图大家应该就懂了。
残影颜色分离
可以看到，截图中的那支笔的残影是七彩的。
这个如何解决呢？我们在将当前帧和上一帧内容混合时，肯定是操作每一个像素点的RGB分量的，那么这个七彩色应该就是从这里入手，肯定有一个混合公式
vec4 currentFrame;vec4 lastFrame;gl_FragColor = vec4(a1 * currentFrame.r + a2 * lastFrame.r,b1 * currentFrame.g + b2 * lastFrame.g,c1 * currentFrame.b + c2 * lastFrame.b,1.0);
我们要做的就是把这个公式里的a,b,c值给算出来。那么如何计算呢？这里有个小窍门，我们假定currentFrame的rgb值都是0，lastFrame的rgb都是1。你可能会问，这是什么马叉虫操作呢？我们让上一帧是黑色的，这一帧是白色的就可以啦。废话不多说，看图。
我们找个黑色的背景，白色的物体——黑色鼠标垫和纸巾，效果大概如下图所示:
颜色分离效果图
我们逐帧分析，很快就能算出我们想要的结果。
首先我们看前面三帧
逐帧分析1
可以看到，当纸巾向下移动时，露出来的部分是蓝色的(当前帧是白色，上一帧是黑色)，而上面的部分是橙色的(此时上一帧是白色的，当前帧是黑色的)，那么从这里我们得出一个结论就是，c1=1，c2 = 0，因为橙色的部分蓝色色值是0。
再看后面几帧
作者：Mr_villain
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