【AR实验室】OpenGL ES绘制相机(OpenGL ES 1.0版本)

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0x00 - 前言


刚刚做其他移动端的AR应用以及目前就看的其他AR应用,基本上算不算不要 套路:手机背景显示现实场景,否则 在该背景上进行图形学绘制。至于图形学绘制时,相机外参的解算使用的是V-SLAM、Marker-Based还是GPS的法律措施 ,就不一而足了。

不要 说要在手机上进行现实场景的展现也是目前AR应用不要 比较重要的模块。一般来说,在移动端,基本上算不算使用OpenGL ES进行绘制。不要 朋友优先考虑使用OpenGL ES进行相机的绘制。当然,其他应用直接利用iOS的UIImage进行相机场景的展示,这也是还可否 的,不过考虑到与OpenGL ES的绘制环境兼容性、Android端的复用情形以及UIImage的速度情形,我决定还是使用OpenGL ES进行绘制,不要 与上边的图形绘制(OpenGL ES)还可否 统一绘制环境,另外OpenGL ES是还可否 跨平台的,代码不还可否 很方便地移植到Android端,否则 OpenGL ES比UIImage更接近图形硬件,不要 速度上要快没法一丢丢。

利用相机绘制部分真导致 着有其他正确处理方案了,否则 基本上每个应用的绘制法律措施 算不算一样。目前来说给你看过比较好的不要 ARToolKit的法律措施 ,否则 ARToolKit工程化程度导致 着很高了,想将其中的相机绘制部分分离出来为当事人所用,对于渣渣的我来说,不要 字——“先要”。不要 此处我当事人写了不要 相机绘制的模块,真是说在鲁棒性上还差不要 ,否则 基本还可否 用来做做小Demo。导致 着朋友想做不要 商用的AR应用,建议直接使用ARToolKit的相机绘制代码。

0x01 - 思路


导致 着我只会iOS,不要 这里主要讲解的是在iOS上利用OpenGL ES绘制相机。另外,相对于OpenGL ES 2.0,1.0更为简单,不要 此处使用的OpenGL ES版本为1.0,当然,上边肯定会兼容2.0。

朋友都知道iOS中相机的绘制离不开AVCaptureSession。利用AVCaptureSession还可否 获取到实时相机拍摄内容。但是利用OpenGL ES中绘制纹理的法律措施 将该内容绘制到屏幕上。整个思路不要 没法简单。主要涉及不要 部分,不要 是AVCaptureSession的使用,不要 是iOS上OpenGl ES的绘制。

0x02 - AVCaptureSession获取拍摄内容


AVCaptureSession使用流程主要分为两部分。第一部分是配置相机输入输出的功能参数,比如拍摄分辨率、相机焦距、曝光、白平衡等等。另一部分是利用AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate你这一代理中的函数

- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection;

获取到具体的拍摄内容。

2.1 配置相机功能参数

配置相机功能参数真是不要 配置AVCaptureSession对象。这上边主要涉及到两个类AVCaptureSession、AVCaptureDevice、AVCaptureDeviceInput和AVCaptureVideoDataOutput。这两个类的关系如下:

AVCaptureSession是管理AVCaptureDeviceInput和AVCaptureVideoDataOutput,就说 要 管理输入输出过程,不要 称作Session。相机的输入配置不要 AVCaptureDeviceInput,主要正确处理算不算使用自动曝光、自动白平衡同类于的,而输出配置不要 AVCaptureVideoDataOutput,主要决定输出视频图像的格式同类于的。AVCaptureDevice表示捕捉设备,导致 着具体捕获的内容不明确,不要 都会区分捕捉视频的设备还是捕捉声音的设备。这里朋友从捕捉你这一词还可否 看出真是AVCaptureDevice和输入AVCaptureDeviceInput关常抓密。

简单介绍一下代码中对于AVCaptureSession对象session的配置:

- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
{
    // 时间戳,刚刚的文章需要该信息。此处还可否

忽略
    CMTime timestamp = CMSampleBufferGetPresentationTimeStamp(sampleBuffer);
    if (CMTIME_IS_VALID(self.preTimeStamp)) {
        self.videoFrameRate = 1.0 / CMTimeGetSeconds(CMTimeSubtract(timestamp, self.preTimeStamp));
    }
    self.preTimeStamp = timestamp;
    
    // 获取图像缓存区内容
    CVImageBufferRef pixelBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
    // 锁定pixelBuffer的基址,与下面解锁基址成对
    // CVPixelBufferLockBaseAddress要传不要

参数
    // 第不要

参数是我还可否

要锁定的buffer的基址,第两个参数目前还未定义,直接传'0'即可
    CVPixelBufferLockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
    
    // 获取图像缓存区的宽高
    int buffWidth = static_cast<int>(CVPixelBufferGetWidth(pixelBuffer));
    int buffHeight = static_cast<int>(CVPixelBufferGetHeight(pixelBuffer));
    // 你这一步有点痛

要,将图像缓存区的内容转化为C语言中的unsigned char指针
    // 导致

着朋友在相机设置时,图像格式为BGRA,而上边OpenGL ES的纹理格式为RGBA
    // 这里使用OpenCV转换格式,当然,你不还可否

不用OpenCV,手动直接交换R和B不要

分量即可
    unsigned char* imageData = (unsigned char*)CVPixelBufferGetBaseAddress(pixelBuffer);
    _imgMat = cv::Mat(buffWidth, buffHeight, CV_8UC4, imageData);
    cv::cvtColor(_imgMat, _imgMat, CV_BGRA2RGBA);
    // 解锁pixelBuffer的基址
    CVPixelBufferUnlockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
    
    // 绘制部分
    // ...
}

2.2 获取拍摄内容

设置好了相机的各种参数,一并启动Session,就还可否 在函数

- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection

中获取到每帧图像,并进行正确处理。

- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection
{
    // 时间戳,刚刚的文章需要该信息。此处还可否

忽略
    CMTime timestamp = CMSampleBufferGetPresentationTimeStamp(sampleBuffer);
    if (CMTIME_IS_VALID(self.preTimeStamp)) {
        self.videoFrameRate = 1.0 / CMTimeGetSeconds(CMTimeSubtract(timestamp, self.preTimeStamp));
    }
    self.preTimeStamp = timestamp;
    
    // 获取图像缓存区内容
    CVImageBufferRef pixelBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
    // 锁定pixelBuffer的基址
    // CVPixelBufferLockBaseAddress要传不要

参数
    // 第不要

参数是我还可否

要锁定的buffer的基址,第两个参数目前还未定义,直接传'0'即可
    CVPixelBufferLockBaseAddress(pixelBuffer, 0);
    
    // 获取图像缓存区的宽高
    int buffWidth = static_cast<int>(CVPixelBufferGetWidth(pixelBuffer));
    int buffHeight = static_cast<int>(CVPixelBufferGetHeight(pixelBuffer));
    // 你这一步有点痛

要,将图像缓存区的内容转化为C语言中的unsigned char指针
    // 导致

着朋友在相机设置时,图像格式为BGRA,而上边OpenGL ES的纹理格式为RGBA
    // 这里使用OpenCV转换格式,当然,你不还可否

不用OpenCV,手动直接交换R和B不要

分量即可
    unsigned char* imageData = (unsigned char*)CVPixelBufferGetBaseAddress(pixelBuffer);
    cv::Mat imgMat(buffWidth, buffHeight, CV_8UC4, imageData);
    cv::cvtColor(imgMat, imgMat, CV_BGRA2RGBA);
}

0x03 – OpenGL ES绘制相机


有了相机捕获的每帧图像后,就还可否 使用贴纹理的法律措施 将其绘制在手机屏幕上了。否则 在这刚刚还需要做一件事情,那不要 初始化iOS的OpenGL ES 1.0绘制环境。

这里朋友将不要 普通UIView设置为还可否 进行OpenGL ES 1.0进行绘制的EAGLView。

@implementation EAGLView

// 默认UIView的layerClass为[CALayer class]
// 重写layerClass为CAEAGLLayer,不要

self.layer返回的就说

否CALayer
// 不要

支持OpenGL ES的CAEAGLLayer
+ (Class)layerClass
{
    return [CAEAGLLayer class];
}

#pragma mark - init methods
- (instancetype)initWithFrame:(CGRect)frame
{
    if (self = [super initWithFrame:frame]) {
        CAEAGLLayer *eaglLayer = (CAEAGLLayer *)self.layer;
        // layer默认时透明的,只能设置为不透明不能看见
        eaglLayer.opaque = TRUE;
        // 配置eaglLayer的绘制属性
        // kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking不维持上一次绘制内容,就说

要

每次绘制刚刚都重置一下刚刚的绘制内容
        // kEAGLDrawablePropertyColorFormat像素格式为RGBA,注意和相机直接给的BGRA不一致,需要转换
        eaglLayer.drawableProperties = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:
                                        [NSNumber numberWithBool:FALSE], kEAGLDrawablePropertyRetainedBacking,
                                        kEAGLColorFormatRGBA8, kEAGLDrawablePropertyColorFormat,
                                        nil];
        // 此处使用OpenGL ES 1.0进行绘制,不要

实例化ES1Renderer
        // ES1Renderer表示的是OpenGL ES 1.0绘制环境,上边详解
        if (!_renderder) {
            _renderder = [[ES1Renderer alloc] init];
            
            if (!_renderder) {
                return nil;
            }
        }
    }
    
    return self;
}

#pragma mark - life cycles
- (void)layoutSubviews
{
    // 利用renderer渲染器进行绘制
    [_renderder resizeFromLayer:(CAEAGLLayer *)self.layer];
}

@end

上述朋友提供了EAGLView,最少给OpenGL ES提供了画布。而代码中的renderer是不要 具有渲染功能的对象,同类于于画笔。考虑到刚刚需要兼容OpenGL ES 1.0和2.0,不要 抽象了不要 ESRenderProtocol协议,OpenGL ES 1.0和2.0分别实现该协议中法律措施 ,不要 EAGLView就需要关心在不同的OpenGL ES环境中不同的绘制实现。这里主要使用OpenGL ES 1.0,对应的不要 ES1Renderer类,注意ES1Renderer需要遵循ESRenderProtocol协议。下面为ES1Renderer.h内容。

#import <Foundation/Foundation.h>

#import <OpenGLES/ES1/gl.h>
#import <OpenGLES/ES1/glext.h>

#import "ESRenderProtocol.h"

@class PJXVideoBuffer;

@interface ES1Renderer : NSObject <ESRenderProtocol>
// OpenGL ES绘制上下文环境
// 只能在在当前系统线程中设置好了该上下文环境,不能使用OpenGL ES的功能
@property (nonatomic, strong) EAGLContext *context;
// 绘制camera的纹理id
@property (nonatomic, assign) GLuint camTexId;
// render buffer和frame buffer
@property (nonatomic, assign) GLuint defaultFrameBuffer;
@property (nonatomic, assign) GLuint colorRenderBuffer;
// 获取到render buffer的宽高
@property (nonatomic, assign) GLint backingWidth;
@property (nonatomic, assign) GLint backingHeight;
// 引用了videoBuffer,主要用于启动捕捉图像的Session以及获取捕捉到的图像
@property (nonatomic, strong) PJXVideoBuffer *videoBuffer;

@end

ES1Renderer.mm内容,主不要 构建绘制上下文环境,并将videoBuffer生成的相机图像变成纹理绘制到屏幕上。

#import "ES1Renderer.h"
#import "PJXVideoBuffer.h"

@implementation ES1Renderer

#pragma mark - init methods
// 1.构建和设置绘制上下文环境
// 2.生成frame buffer和render buffer并绑定
// 3.生成相机纹理
- (instancetype)init
{
    if (self = [super init]) {
        // 构建OpenGL ES 1.0绘制上下文环境
        _context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES1];
        
        // 设置当前绘制上下文环境为OpenGL ES 1.0
        if (!_context || ![EAGLContext setCurrentContext:_context]) {
            return nil;
        }
        
        // 生成frame buffer和render buffer
        // frame buffer难能可贵是不要

真正的buffer,不要

用来管理render buffer、depth buffer、stencil buffer
        // render buffer最少主不要

存储像素值的
        // 不要

需要glFramebufferRenderbufferOES将render buffer绑定到frame buffer的GL_COLOR_ATTACHMENT0_OES上
        glGenFramebuffersOES(1, &_defaultFrameBuffer);
        glGenRenderbuffersOES(1, &_colorRenderBuffer);
        glBindFramebufferOES(GL_FRAMEBUFFER_OES, _defaultFrameBuffer);
        glBindRenderbufferOES(GL_RENDERBUFFER_OES, _colorRenderBuffer);
        glFramebufferRenderbufferOES(GL_FRAMEBUFFER_OES, GL_COLOR_ATTACHMENT0_OES, GL_RENDERBUFFER_OES, _colorRenderBuffer);
        // 构建不要

绘制相机的纹理
        _camTexId = [self genTexWithWidth:640 height:430];
    }
    
    return self;
}

#pragma mark - private methods
// 构建不要

宽width高height的纹理对象
- (GLuint)genTexWithWidth:(GLuint)width height:(GLuint)height
{
    GLuint texId;
    // 生成并绑定纹理对象
    glGenTextures(1, &texId);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texId);
    // 注意这里纹理的像素格式为GL_RGBA
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, NULL);
    // 各种纹理参数,这里不赘述
    glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_GENERATE_MIPMAP, GL_FALSE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    // 解绑纹理对象
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    
    return texId;
}

#pragma mark - ESRenderProtocol
- (void)render
{
    // 设置绘制上下文
    [EAGLContext setCurrentContext:_context];
    glBindFramebufferOES(GL_FRAMEBUFFER_OES, _defaultFrameBuffer);
    
    // 相机纹理坐标
    static GLfloat spriteTexcoords[] = {
        0,0,
        1,0,
        0,1,
        1,1};
    // 相机顶点坐标
    static GLfloat spriteVertices[] = {
        0,0,
        0,640,
        430,0,
        430,640};
    
    // 清除颜色缓存
    glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    // 视口矩阵
    glViewport(0, 0, _backingWidth, _backingHeight);
    // 投影矩阵
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    // 正投影
    glOrthof(430, 0, _backingHeight*430/_backingWidth, 0, 0, 1); // 852 = 568*430/320
    // 模型视图矩阵
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    
    // OpenGL ES使用的是情形机法律措施

    // 以下开启的意义是在GPU上分配对应空间
    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); // 开启顶点数组
    glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY); // 开启纹理坐标数组
    glEnable(GL_TEXTURE_2D); // 开启2D纹理
    // 导致

着spriteVertices、spriteTexcoords、_camTexId还在CPU内存,需要传递给GPU正确处理
    // 将spriteVertices传递到顶点数组中
    glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, spriteVertices);
    // 将spriteTexcoords传递到纹理坐标数组中
    glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, spriteTexcoords);
    // 将camTexId纹理对象绑定到2D纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _camTexId);
    // 根据videoBuffer获取imgMat(相机图像)
    glTexSubImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, 640, 430, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, _videoBuffer.imgMat.data);
    // 绘制纹理
    glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
    
    // 解绑2D纹理
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
    // 与上边的glEnable*一一对应
    glDisable(GL_TEXTURE_2D);
    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
    glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
    
    // 将render buffer内容绘制到屏幕上
    glBindRenderbufferOES(GL_RENDERBUFFER_OES, _colorRenderBuffer);
    [_context presentRenderbuffer:GL_RENDERBUFFER_OES];
    
}

- (BOOL)resizeFromLayer:(CAEAGLLayer *)layer
{
    // 与init中同类于,重新绑定一下而已
    glBindRenderbufferOES(GL_RENDERBUFFER_OES, _colorRenderBuffer);
    [_context renderbufferStorage:GL_RENDERBUFFER_OES fromDrawable:layer];
    glGetRenderbufferParameterivOES(GL_RENDERBUFFER_OES, GL_RENDERBUFFER_WIDTH_OES, &_backingWidth);
    glGetRenderbufferParameterivOES(GL_RENDERBUFFER_OES, GL_RENDERBUFFER_HEIGHT_OES, &_backingHeight);
    // 情形检查
    if (glCheckFramebufferStatusOES(GL_FRAMEBUFFER_OES) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE_OES) {
        PJXLog(@"Failed to make complete framebuffer object %x", glCheckFramebufferStatusOES(GL_FRAMEBUFFER_OES));
        return NO;
    }
    // 实例化videoBuffer并启动捕获图像任务
    if (_videoBuffer == nil) {
        // 注意PJXVideoBuffer的delegate为ES1Renderer,主要在videoBuffer中执行render函数来绘制相机
        _videoBuffer = [[PJXVideoBuffer alloc] initWithDelegate:self];
        [_videoBuffer.session startRunning];
    }
    
    return YES;
}

@end

0x04-效果显示


导致 着我使用的为苹果6手机手机苹果6手机手机苹果6手机手机5s,分辨率为320x568,而相机图像分辨率为430x640。不要 为了让图像删改能显示在屏幕上,我选用了等宽显示。

为了方便朋友使用代码,现已将代码提交到GitHub上了,请猛戳此处。

0x05-参考资料


  • ObjC中国 - 在 iOS 上捕获视频