OpenGL 实现视频编辑中的转场效果

OpenGL 实现视频编辑中的转场效果

标签: OpenGL  

转场介绍

转场效果是什么?

转场效果,简单来说就是两段视频之间的衔接过渡效果。

现在拍摄 vlog 的玩家越来越多,要是视频没有一两个炫酷的转场效果,都不好意思拿出来炫酷了。

那么如何在视频编辑软件中实现转场效果呢?

这里提供使用 OpenGL 实现视频转场的一个小示例,我们可以通过自定义 GLSL 来实现不同的转场效果。

以在 Android 平台上作为演示,但其实不管是 Android 还是 iOS,实现的原理都是一样的。

首先要有两段视频,视频 A 和视频 B,先播放视频 A 后播放视频 B,中间有一段过程称为 C ,C 就是视频 A、B 做转场动画的时间段。

如下所示:

transition_model.jpg

播放器按照时间顺序,从 A -> C -> B 的播放,这样就有了转场的效果。


视频转场,首先就得有视频,直接从视频 A、B 中解码出当前帧并通过 OpenGL 显示到屏幕上就好了,如果你对这个操作不熟悉的话,可以查看我的公众号【纸上浅谈】历史文章,都有写过相关内容。

这里以图片来替代视频 A、B 中解码出来的帧。

最终效果如下:

transition_sample.gif

实现讲解

模拟视频渲染播放

模拟 fps 为 30 的视频,用 RxJava 每间隔 30 ms 就触发一次 OpenGL 渲染。

Observable
        .interval(30, TimeUnit.MILLISECONDS)
        .subscribeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
        .subscribe {
            mGLSurfaceView.requestRender()
        }

另外,如果在视频 A 播放阶段不断地改变图片,也就是更新纹理内容,就相当于在真实的解码视频进行播放了。

当然这些操作只是为了让这个小例子更加贴近真正的视频转场,重要的还是在于如何实现转场的 Shader 效果。

首先转场的时候要有两个纹理作为输入,那么肯定要定义两个 sampler2D 进行采样了。

varying vec2 vTextureCoord;//接收从顶点着色器过来的参数
uniform sampler2D sTexture1;
uniform sampler2D sTexture2;

其中 sTexture1 对应于视频 A 内容,sTexture2 对应于视频 B 内容。

vTextureCoord 对应于顶点着色器传递过来的纹理坐标,视频 A 和 视频 B 都需要用到这个纹理坐标。

这个时候,只要调用 texture2D 方法就能得到视频 A 和 视频 B 的内容了。

// 得到视频 A 的内容
texture2D(sTexture1,vTextureCoord)
// 得到视频 B 的内容
texture2D(sTexture2,vTextureCoord)

要注意的是这里说得到视频 A/B 的内容,是得到纹理坐标对应的图像内容。也就是说如果纹理坐标是 [0,1] 范围内,那么可以得到视频 A/B 的全部图像内容。如果坐标是 [-0.5,0.5] 那么只能采样得到一半内容了。

转场效果实现

混合函数 mix

由于转场效果是需要视频 A 和视频 B 进行叠加混合的,而 GLSL 内嵌了 mix 函数进行调用。

对于 GLSL 中有哪些内嵌的函数可以直接调用的,可以参考写过的文章记录:

OpenGL ES 2.0 着色器语言 GLSL 学习

mix 函数的声明如下:

genType mix(genType x,genType y,float a) // 其中 genType 泛指 GLSL 中的类型定义

它的主要功能是使用因子 a 对 x 与 y 执行线性混合,既返回 x * (1-a) + y * a

现在,通过 texture2D 能得到视频帧内容,通过 mix 能进行视频帧混合叠加,那么就可以得到最后转场视频帧了。

vec4 color = mix(texture2D(sTexture1,vTextureCoord),texture2D(sTexture2,vTextureCoord),a);

渲染进度控制

似乎到这里就可以大功告成了,实际上才刚刚完成了一半~~~

要知道转场效果是随着时间来播放的,就上面的例子中,转场时间内,一开始都是视频 A 的内容,然后视频 A 逐渐减少,视频 B 逐渐增多,到最后全是视频 B 内容,在我们的 Shader 中也要体现这个时间变化的概念。

在 Shader 中定义 progress 变量,代表转场的播放进度,进度为 0 ~ 1.0 之间。

uniform float progress;

同时在每一次渲染时更新 progress 变量的值。

GLES20.glUniform1f(muProgressHandle, mProgress);

progress 为 0 时代表转场刚刚开始,当 progress 为 1 时代表转场已经结束了。

if (mProgress >= 1.0f) {
    mProgress = 0.0f;
} else {
    mProgress += 0.01;
}

这里 progress 每次递增 0.01,完成一次转场就需要 100 次渲染,每次渲染间隔 30ms,那么一次转场动画就是 3000ms 了,当然这个可以自己调节的。

画面绘制

再回到 mix 函数的参数 a ,这个参数起到了随时间调节转场混合程度的作用。当 a = 0 时,全是视频 A 的内容, 当 a = 1 时,全是视频 B 的内容。

transition_frame.jpg

如上图所示,在转场动画的某一帧,左侧是视频 A 的内容,因为此时 a = 0,右侧是视频 B 的内容,此时 a = 1 。

可以看到在一次渲染绘制内 a 既要能等于 0 ,还要能等于 1 ,这个是怎么实现的呢?

事实上我们说的一次渲染绘制,通常指 OpenGL draw 方法的一次调用,但是在这一次调用里,还是有很多步骤要执行的。

OpenGL 渲染管线会先执行顶点着色器,然后光栅化,再接着就是片段着色器,片段着色器会根据纹理坐标采样纹理贴图上的像素内容进行着色,因此片段着色器在管线中会多次执行,针对每个像素都要进行着色。

transition_model2.jpg

上面图像的小方块就好比一个像素,每个像素都要执行一个片段着色器。

首先,肯定所有的像素都要进行着色的。左侧方块采样视频 A 的纹理进行着色,右侧方块采样视频 B 的纹理进行着色。

回到如下代码:

mix(texture2D(sTexture1,vTextureCoord),texture2D(sTexture2,vTextureCoord),a);

只要保证绘制左侧时 a = 0,绘制右侧时 a = 1 就行了。这里可以通过移动纹理坐标来控制 a 的值。

vec2 p = vTextureCoord + progress * sign(direction);
float a = step(0.0,p.y) * step(p.y,1.0) * step(0.0,p.x) * step(p.x,1.0);

OpenGL 中定义纹理坐标范围是 [0 ~ 1] ,可以将范围右移 0.5 ,从而变成 [0.5 ~ 1.5] ,此时纹理坐标一半位于规定范围内,一半超出界外了。

这样就可以通过对当前像素小方格对应的纹理坐标的 x,y 值运用 step 函数进行判断是否在界内,就可以决定是采样视频 A 还是视频 B 的图像了。

当每次刷新 progress 时,就向右移一小段距离,视频 A 随着右移而变少,视频 B 变多,这样就是实现了转场效果。


联想和总结

不知道这个简单的例子有没有让你想到些什么?

对的,没错,就是升职加薪,走向巅峰必备的 PPT 技能,这种视频转场的实现效果就和我们在编辑 PPT 动画时添加的一样。

out_transition.png

而且这还是比较简单的,想要做一些花里胡哨的转场特效,缺少灵感就可以参考 PPT 里面的动画了。

另外,我们还可以对转场效果做一些总结分类,比如示例中用的是图片,可以理解成视频 A 的最后一帧显示与视频 B 的第一帧显示做转场效果,这种转场效果实际使用的人比较少,大多数是视频 A 的最后一帧与视频 B 的前一段时间的视频做转场效果。

因此也可以对转场效果做个分类:

  • 视频 A 最后一帧与视频 B 第一帧做转场动画
  • 视频 A 最后一帧与视频 B 前一段时间视频做转场动画
  • 视频 A 最后一段时间视频 与视频 B 第一帧做转场动画
  • 视频 A 最后一段时间视频 与视频 B 前一段时间视频做转场动画

这四个分类的实现原理其实都差不多,如果是一段视频的话,那么就在视频播放时更新对应纹理。

以上就在关于使用 OpenGL 在视频编辑中实现转场效果的讲解,通过这篇文章希望大家可以掌握转场的基本实现原理。

文中用到的代码示例,可以关注我的微信公众号【纸上浅谈】,回复 “转场” 即可~~~

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