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【Android 音视频开发打怪升级:OpenGL渲染视频画面篇】三、OpenGL渲染多视频,实现画中画

【声 明】

首先,这一系列文章均基于自己的理解和实践,可能有不对的地方,欢迎大家指正。

其次,这是一个入门系列,涉及的知识也仅限于够用,深入的知识网上也有许许多多的博文供大家学习了。
最后,写文章过程中,会借鉴参考其他人分享的文章,会在文章最后列出,感谢这些作者的分享。

码字不易,转载请注明出处!

教程代码:【Github传送门

目录

一、Android音视频硬解码篇:
二、使用OpenGL渲染视频画面篇
三、Android FFmpeg音视频解码篇

本文你可以了解到

渲染多视频画面,是实现音视频编辑的基础,本文将介绍如何将多个视频画面渲染到OpenGL中,以及如何对画面进行混合、缩放、移动等。

写在前面

距离上次更新已经有两个星期,由于这段时间事情比较多,还请各位关注本系列文章的小伙伴见谅,一有时间我会加紧码字,感谢大家的关注和督促。

下面就来看看如何在OpenGL中渲染多视频画面。

一、渲染多画面

上篇文章中,详细的讲解了如何通过OpenGL渲染视频画面,以及对视频画面进行比例矫正,基于前面系列文章中封装好的工具,可以非常容易地实现在OpenGL中渲染多个视频画面。

上文的OpenGL Render非常简单如下:

class SimpleRender(private val mDrawer: IDrawer): GLSurfaceView.Renderer {

    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        GLES20.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f)
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT)
        mDrawer.setTextureID(OpenGLTools.createTextureIds(1)[0])
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height)
        mDrawer.setWorldSize(width, height)
    }

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        mDrawer.draw()
    }
}
复制代码

只支持一个Drawer,这里改造一下,把Drawer修改为列表,以支持多个绘制器。

class SimpleRender: GLSurfaceView.Renderer {

    private val drawers = mutableListOf<IDrawer>()

    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        GLES20.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f)
        val textureIds = OpenGLTools.createTextureIds(drawers.size)
        for ((idx, drawer) in drawers.withIndex()) {
            drawer.setTextureID(textureIds[idx])
        }
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height)
        for (drawer in drawers) {
            drawer.setWorldSize(width, height)
        }
    }

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        drawers.forEach {
            it.draw()
        }
    }

    fun addDrawer(drawer: IDrawer) {
        drawers.add(drawer)
    }
}
复制代码

同样非常简单,

  1. 增加一个addDrawer方法,用来添加多个绘制器。
  2. 在onSurfaceCreated中为每个绘制器设置一个纹理ID。
  3. 在onSurfaceChanged中为每个绘制器设置显示区域宽高。
  4. 在onDrawFrame中,遍历所有绘制器,启动绘制。

接着,新建一个新页面,生成多个解码器和绘制器。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<android.support.constraint.ConstraintLayout
        xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent" xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto">
    <android.opengl.GLSurfaceView
            android:id="@+id/gl_surface"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="match_parent"/>
</android.support.constraint.ConstraintLayout>
复制代码
class MultiOpenGLPlayerActivity: AppCompatActivity() {
    private val path = Environment.getExternalStorageDirectory().absolutePath + "/mvtest.mp4"
    private val path2 = Environment.getExternalStorageDirectory().absolutePath + "/mvtest_2.mp4"

    private val render = SimpleRender()

    private val threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10)

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_opengl_player)
        initFirstVideo()
        initSecondVideo()
        initRender()
    }
    
    private fun initFirstVideo() {
        val drawer = VideoDrawer()
        drawer.setVideoSize(1920, 1080)
        drawer.getSurfaceTexture {
            initPlayer(path, Surface(it), true)
        }
        render.addDrawer(drawer)
    }

    private fun initSecondVideo() {
        val drawer = VideoDrawer()
        drawer.setVideoSize(1920, 1080)
        drawer.getSurfaceTexture {
            initPlayer(path2, Surface(it), false)
        }
        render.addDrawer(drawer)
    }

    private fun initPlayer(path: String, sf: Surface, withSound: Boolean) {
        val videoDecoder = VideoDecoder(path, null, sf)
        threadPool.execute(videoDecoder)
        videoDecoder.goOn()

        if (withSound) {
            val audioDecoder = AudioDecoder(path)
            threadPool.execute(audioDecoder)
            audioDecoder.goOn()
        }
    }
    
    private fun initRender() {
        gl_surface.setEGLContextClientVersion(2)
        gl_surface.setRenderer(render)
    }
}

复制代码

代码比较简单,通过之前封装好的解码工具和绘制工具,添加了两个视频画面的渲染。

当然了,你可以添加更多的画面到OpenGL中渲染。

并且,你应该发现了,渲染多个视频,其实就是生成多个纹理ID,利用这个ID生成一个Surface渲染表面,最后把这个Surface给到解码器MediaCodec渲染即可。

由于我这里使用的两个视频都是1920*1080的宽高,所以会发现,两个视频只显示了一个,因为重叠在一起了。

两个画面如下:

第一个画面

第二个画面

二、尝一下视频编辑的味道

现在,两个视频叠加在一起,看不到底下的视频,那么,我们来改变一下上面这个视频的alpha值,让它变成半透明,不就可以看到下面的视频了吗?

1)实现半透

首先,为了统一,在IDrawer中新加一个接口:

interface IDrawer {
    fun setVideoSize(videoW: Int, videoH: Int)
    fun setWorldSize(worldW: Int, worldH: Int)
    fun draw()
    fun setTextureID(id: Int)
    fun getSurfaceTexture(cb: (st: SurfaceTexture)->Unit) {}
    fun release()
    
    //新增调节alpha接口
    fun setAlpha(alpha: Float)
}
复制代码

在VideoDrawer中,保存该值。

为了方便查看,这里将整个VideoDrawer都贴出来(不想看的可跳过看下面增加的部分):

class VideoDrawer : IDrawer {

    // 顶点坐标
    private val mVertexCoors = floatArrayOf(
        -1f, -1f,
        1f, -1f,
        -1f, 1f,
        1f, 1f
    )

    // 纹理坐标
    private val mTextureCoors = floatArrayOf(
        0f, 1f,
        1f, 1f,
        0f, 0f,
        1f, 0f
    )

    private var mWorldWidth: Int = -1
    private var mWorldHeight: Int = -1
    private var mVideoWidth: Int = -1
    private var mVideoHeight: Int = -1

    private var mTextureId: Int = -1

    private var mSurfaceTexture: SurfaceTexture? = null

    private var mSftCb: ((SurfaceTexture) -> Unit)? = null

    //OpenGL程序ID
    private var mProgram: Int = -1

    //矩阵变换接收者
    private var mVertexMatrixHandler: Int = -1
    // 顶点坐标接收者
    private var mVertexPosHandler: Int = -1
    // 纹理坐标接收者
    private var mTexturePosHandler: Int = -1
    // 纹理接收者
    private var mTextureHandler: Int = -1
    // 半透值接收者
    private var mAlphaHandler: Int = -1

    private lateinit var mVertexBuffer: FloatBuffer
    private lateinit var mTextureBuffer: FloatBuffer

    private var mMatrix: FloatArray? = null

    private var mAlpha = 1f

    init {
        //【步骤1: 初始化顶点坐标】
        initPos()
    }

    private fun initPos() {
        val bb = ByteBuffer.allocateDirect(mVertexCoors.size * 4)
        bb.order(ByteOrder.nativeOrder())
        //将坐标数据转换为FloatBuffer,用以传入给OpenGL ES程序
        mVertexBuffer = bb.asFloatBuffer()
        mVertexBuffer.put(mVertexCoors)
        mVertexBuffer.position(0)

        val cc = ByteBuffer.allocateDirect(mTextureCoors.size * 4)
        cc.order(ByteOrder.nativeOrder())
        mTextureBuffer = cc.asFloatBuffer()
        mTextureBuffer.put(mTextureCoors)
        mTextureBuffer.position(0)
    }

    private fun initDefMatrix() {
        if (mMatrix != null) return
        if (mVideoWidth != -1 && mVideoHeight != -1 &&
            mWorldWidth != -1 && mWorldHeight != -1) {
            mMatrix = FloatArray(16)
            var prjMatrix = FloatArray(16)
            val originRatio = mVideoWidth / mVideoHeight.toFloat()
            val worldRatio = mWorldWidth / mWorldHeight.toFloat()
            if (mWorldWidth > mWorldHeight) {
                if (originRatio > worldRatio) {
                    val actualRatio = originRatio / worldRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -actualRatio, actualRatio,
                        -1f, 1f,
                        3f, 5f
                    )
                } else {// 原始比例小于窗口比例,缩放宽度会导致宽度度超出,因此,宽度以窗口为准,缩放高度
                    val actualRatio = worldRatio / originRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -1f, 1f,
                        -actualRatio, actualRatio,
                        3f, 5f
                    )
                }
            } else {
                if (originRatio > worldRatio) {
                    val actualRatio = originRatio / worldRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -1f, 1f,
                        -actualRatio, actualRatio,
                        3f, 5f
                    )
                } else {// 原始比例小于窗口比例,缩放高度会导致高度超出,因此,高度以窗口为准,缩放宽度
                    val actualRatio = worldRatio / originRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -actualRatio, actualRatio,
                        -1f, 1f,
                        3f, 5f
                    )
                }
            }

            //设置相机位置
            val viewMatrix = FloatArray(16)
            Matrix.setLookAtM(
                viewMatrix, 0,
                0f, 0f, 5.0f,
                0f, 0f, 0f,
                0f, 1.0f, 0f
            )
            //计算变换矩阵
            Matrix.multiplyMM(mMatrix, 0, prjMatrix, 0, viewMatrix, 0)
        }
    }

    override fun setVideoSize(videoW: Int, videoH: Int) {
        mVideoWidth = videoW
        mVideoHeight = videoH
    }

    override fun setWorldSize(worldW: Int, worldH: Int) {
        mWorldWidth = worldW
        mWorldHeight = worldH
    }

    override fun setAlpha(alpha: Float) {
        mAlpha = alpha
    }

    override fun setTextureID(id: Int) {
        mTextureId = id
        mSurfaceTexture = SurfaceTexture(id)
        mSftCb?.invoke(mSurfaceTexture!!)
    }

    override fun getSurfaceTexture(cb: (st: SurfaceTexture) -> Unit) {
        mSftCb = cb
    }

    override fun draw() {
        if (mTextureId != -1) {
            initDefMatrix()
            //【步骤2: 创建、编译并启动OpenGL着色器】
            createGLPrg()
            //【步骤3: 激活并绑定纹理单元】
            activateTexture()
            //【步骤4: 绑定图片到纹理单元】
            updateTexture()
            //【步骤5: 开始渲染绘制】
            doDraw()
        }
    }

    private fun createGLPrg() {
        if (mProgram == -1) {
            val vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, getVertexShader())
            val fragmentShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, getFragmentShader())

            //创建OpenGL ES程序,注意:需要在OpenGL渲染线程中创建,否则无法渲染
            mProgram = GLES20.glCreateProgram()
            //将顶点着色器加入到程序
            GLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader)
            //将片元着色器加入到程序中
            GLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader)
            //连接到着色器程序
            GLES20.glLinkProgram(mProgram)

            mVertexMatrixHandler = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uMatrix")
            mVertexPosHandler = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition")
            mTextureHandler = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uTexture")
            mTexturePosHandler = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "aCoordinate")
            mAlphaHandler = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "alpha")
        }
        //使用OpenGL程序
        GLES20.glUseProgram(mProgram)
    }

    private fun activateTexture() {
        //激活指定纹理单元
        GLES20.glActiveTexture(GLES20.GL_TEXTURE0)
        //绑定纹理ID到纹理单元
        GLES20.glBindTexture(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, mTextureId)
        //将激活的纹理单元传递到着色器里面
        GLES20.glUniform1i(mTextureHandler, 0)
        //配置边缘过渡参数
        GLES20.glTexParameterf(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GLES20.GL_LINEAR.toFloat())
        GLES20.glTexParameterf(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GLES20.GL_LINEAR.toFloat())
        GLES20.glTexParameteri(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE)
        GLES20.glTexParameteri(GLES11Ext.GL_TEXTURE_EXTERNAL_OES, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T, GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE)
    }

    private fun updateTexture() {
        mSurfaceTexture?.updateTexImage()
    }

    private fun doDraw() {
        //启用顶点的句柄
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(mVertexPosHandler)
        GLES20.glEnableVertexAttribArray(mTexturePosHandler)
        GLES20.glUniformMatrix4fv(mVertexMatrixHandler, 1, false, mMatrix, 0)
        //设置着色器参数, 第二个参数表示一个顶点包含的数据数量,这里为xy,所以为2
        GLES20.glVertexAttribPointer(mVertexPosHandler, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 0, mVertexBuffer)
        GLES20.glVertexAttribPointer(mTexturePosHandler, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 0, mTextureBuffer)
        GLES20.glVertexAttrib1f(mAlphaHandler, mAlpha)
        //开始绘制
        GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4)
    }

    override fun release() {
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(mVertexPosHandler)
        GLES20.glDisableVertexAttribArray(mTexturePosHandler)
        GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0)
        GLES20.glDeleteTextures(1, intArrayOf(mTextureId), 0)
        GLES20.glDeleteProgram(mProgram)
    }

    private fun getVertexShader(): String {
        return "attribute vec4 aPosition;" +
                "precision mediump float;" +
                "uniform mat4 uMatrix;" +
                "attribute vec2 aCoordinate;" +
                "varying vec2 vCoordinate;" +
                "attribute float alpha;" +
                "varying float inAlpha;" +
                "void main() {" +
                "    gl_Position = uMatrix*aPosition;" +
                "    vCoordinate = aCoordinate;" +
                "    inAlpha = alpha;" +
                "}"
    }

    private fun getFragmentShader(): String {
        //一定要加换行"\n",否则会和下一行的precision混在一起,导致编译出错
        return "#extension GL_OES_EGL_image_external : require\n" +
                "precision mediump float;" +
                "varying vec2 vCoordinate;" +
                "varying float inAlpha;" +
                "uniform samplerExternalOES uTexture;" +
                "void main() {" +
                "  vec4 color = texture2D(uTexture, vCoordinate);" +
                "  gl_FragColor = vec4(color.r, color.g, color.b, inAlpha);" +
                "}"
    }

    private fun loadShader(type: Int, shaderCode: String): Int {
        //根据type创建顶点着色器或者片元着色器
        val shader = GLES20.glCreateShader(type)
        //将资源加入到着色器中,并编译
        GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode)
        GLES20.glCompileShader(shader)

        return shader
    }
}
复制代码

实际上,相比较之前的绘制器,改变的地方很少:


class VideoDrawer : IDrawer {
    // 省略无关代码......
    
    // 半透值接收者
    private var mAlphaHandler: Int = -1
    
    // 半透明值
    private var mAlpha = 1f
    
    override fun setAlpha(alpha: Float) {
        mAlpha = alpha
    }
    
    private fun createGLPrg() {
        if (mProgram == -1) {
        
            // 省略无关代码......
            
            mAlphaHandler = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "alpha")
            
            //......
        }
        //使用OpenGL程序
        GLES20.glUseProgram(mProgram)
    }
    
    private fun doDraw() {
    
        // 省略无关代码......
    
        GLES20.glVertexAttrib1f(mAlphaHandler, mAlpha)
        
        //......
    }
    
    private fun getVertexShader(): String {
        return "attribute vec4 aPosition;" +
                "precision mediump float;" +
                "uniform mat4 uMatrix;" +
                "attribute vec2 aCoordinate;" +
                "varying vec2 vCoordinate;" +
                "attribute float alpha;" +
                "varying float inAlpha;" +
                "void main() {" +
                "    gl_Position = uMatrix*aPosition;" +
                "    vCoordinate = aCoordinate;" +
                "    inAlpha = alpha;" +
                "}"
    }

    private fun getFragmentShader(): String {
        //一定要加换行"\n",否则会和下一行的precision混在一起,导致编译出错
        return "#extension GL_OES_EGL_image_external : require\n" +
                "precision mediump float;" +
                "varying vec2 vCoordinate;" +
                "varying float inAlpha;" +
                "uniform samplerExternalOES uTexture;" +
                "void main() {" +
                "  vec4 color = texture2D(uTexture, vCoordinate);" +
                "  gl_FragColor = vec4(color.r, color.g, color.b, inAlpha);" +
                "}"
    }
}
复制代码

重点关注两个着色器的代码:

在顶点着色器中,传入了一个alpha变量,该值由java代码传入,然后顶点着色器将该值赋值给了inAlpha,最后给到了片元着色器。


简单讲一下如何传递参数到片元着色器。

要把Java中的值传递到片元着色器中,直接传值是不行的,需要通过顶点着色器,间接传递。

顶点着色器输入与输出
  • 输入

build-in变量,此类变量为opengl内建参数,可以看成是opengl的绘制上下文信息

uniform变量:一般用于Java程序传入变换矩阵,材质,光照参数和颜色等信息。如:uniform mat4 uMatrix;

attribute变量:一般用来传入一些顶点的数据,如:顶点坐标,法线,纹理坐标,顶点颜色等。

  • 输出

build-in变量:即glsl的内建变量,如:gl_Position。

varying变量:用于顶点着色器向片元着色器传递数据。需要注意的是:这种变量必须在顶点着色器和片元着色器中,声明必须一致。比如上面的inAlpha。

片元着色器输入与输出
  • 输入

build-in变量:同顶点着色器。

varying变量:用于作为顶点着色器数据的输入,与顶点着色器声明一致

  • 输出

build-in变量:即glsl的内建变量,如:gl_FragColor。


知道了如何传值,其他的就一目了然了。

  1. 获取顶点着色器的alpha,然后在绘制前把值传递进入。
  2. 在片元着色器中,修改从纹理中取出的颜色值的alpha。最后赋值给gl_FragColor进行输出。

接着,在MultiOpenGLPlayerAcitivity中,改变上层画面的半透值


class MultiOpenGLPlayerActivity: AppCompatActivity() {

    // 省略无关代码...
    
    private fun initSecondVideo() {
        val drawer = VideoDrawer()
        // 设置半透值
        drawer.setAlpha(0.5f)
        drawer.setVideoSize(1920, 1080)
        drawer.getSurfaceTexture {
            initPlayer(path2, Surface(it), false)
        }
        render.addDrawer(drawer)
    }

    //...
}
复制代码

当你以为可以完美的输出一个半透明的画面时,会发现画面依然不是透明的。为啥?

因为没有开启OpenGL混合模式,回到SimpleRender中。

  1. 在onSurfaceCreated中开启混合模式;
  2. 在onDrawFrame中开始绘制每一帧之前,清除屏幕,否则会有画面残留。
class SimpleRender: GLSurfaceView.Renderer {

    private val drawers = mutableListOf<IDrawer>()

    override fun onSurfaceCreated(gl: GL10?, config: EGLConfig?) {
        GLES20.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f)
        
        //------开启混合,即半透明---------
        // 开启很混合模式
        GLES20.glEnable(GLES20.GL_BLEND)
        // 配置混合算法
        GLES20.glBlendFunc(GLES20.GL_SRC_ALPHA, GLES20.GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA)
        //------------------------------

        val textureIds = OpenGLTools.createTextureIds(drawers.size)
        for ((idx, drawer) in drawers.withIndex()) {
            drawer.setTextureID(textureIds[idx])
        }
    }

    override fun onSurfaceChanged(gl: GL10?, width: Int, height: Int) {
        GLES20.glViewport(0, 0, width, height)
        for (drawer in drawers) {
            drawer.setWorldSize(width, height)
        }
    }

    override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {
        // 清屏,否则会有画面残留
        GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT or GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        drawers.forEach {
            it.draw()
        }
    }

    fun addDrawer(drawer: IDrawer) {
        drawers.add(drawer)
    }
}
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这样,就可以看到一个半透明的视频,叠加在另一个视频上面啦。

半透明画面

怎么样,是不是嗅到一股视频编辑的骚味?

这其实就是最基础的视频编辑原理了,基本上所有的视频编辑都是基于着色器,去做画面的变换。

接下来再来看下两个基本的变换:移动和缩放。

2) 移动

接下来,来看看如何通过触摸拖动,来改变视频的位置。

前面文章讲过,图片或视频的移位和缩放,基本都是通过矩阵变换完成的。

Android在Matrix中提供了一个方法用于矩阵的平移:

/**
 * Translates matrix m by x, y, and z in place.
 *
 * @param m matrix
 * @param mOffset index into m where the matrix starts
 * @param x translation factor x
 * @param y translation factor y
 * @param z translation factor z
 */
public static void translateM(
        float[] m, int mOffset,
        float x, float y, float z) {
    for (int i=0 ; i<4 ; i++) {
        int mi = mOffset + i;
        m[12 + mi] += m[mi] * x + m[4 + mi] * y + m[8 + mi] * z;
    }
}
复制代码

其实就是改变了4x4矩阵的最后一行的值。

其中,x,y,z分别是相对于当前位置移动的距离。

这里需要注意的是:平移的变化值,被乘上了缩放的比例。具体大家可以用笔在纸上算一下就知道了。

如果原始矩阵是单位矩阵,直接使用以上translateM方法进行移动变换即可。

但是为了矫正画面的比例,上篇文章详细的介绍过,视频画面是经过缩放的,因此当前画面的矩阵并非单位矩阵。

为此,要平移画面,就需要对x,y,z进行相应的缩放处理(否则移动的距离将被原矩阵中的缩放因子改变)。

那么,有两种办法可以使画面按照正常的距离移动:

  1. 将矩阵还原为单位矩阵->移动->再缩放
  2. 使用当前矩阵->缩放移动距离->移动

很多人都是使用第一种,这里使用第二种。

  • 记录缩放比例

上一篇文章中,介绍了如何计算缩放系数:

ratio = videoRatio * worldRatio 
或
ratio = videoRatio / worldRatio
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分别对应宽或者高的缩放系数。在VideoDrawer中,分别把宽高的缩放系数记录下来。

class VideoDrawer : IDrawer {
    
    // 省略无关代码......
    
    private var mWidthRatio = 1f
    private var mHeightRatio = 1f
    
    private fun initDefMatrix() {
        if (mMatrix != null) return
        if (mVideoWidth != -1 && mVideoHeight != -1 &&
            mWorldWidth != -1 && mWorldHeight != -1) {
            mMatrix = FloatArray(16)
            var prjMatrix = FloatArray(16)
            val originRatio = mVideoWidth / mVideoHeight.toFloat()
            val worldRatio = mWorldWidth / mWorldHeight.toFloat()
            if (mWorldWidth > mWorldHeight) {
                if (originRatio > worldRatio) {
                    mHeightRatio = originRatio / worldRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -mWidthRatio, mWidthRatio,
                        -mHeightRatio, mHeightRatio,
                        3f, 5f
                    )
                } else {// 原始比例小于窗口比例,缩放高度度会导致高度超出,因此,高度以窗口为准,缩放宽度
                    mWidthRatio = worldRatio / originRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -mWidthRatio, mWidthRatio,
                        -mHeightRatio, mHeightRatio,
                        3f, 5f
                    )
                }
            } else {
                if (originRatio > worldRatio) {
                    mHeightRatio = originRatio / worldRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -mWidthRatio, mWidthRatio,
                        -mHeightRatio, mHeightRatio,
                        3f, 5f
                    )
                } else {// 原始比例小于窗口比例,缩放高度会导致高度超出,因此,高度以窗口为准,缩放宽度
                    mWidthRatio = worldRatio / originRatio
                    Matrix.orthoM(
                        prjMatrix, 0,
                        -mWidthRatio, mWidthRatio,
                        -mHeightRatio, mHeightRatio,
                        3f, 5f
                    )
                }
            }

            //设置相机位置
            val viewMatrix = FloatArray(16)
            Matrix.setLookAtM(
                viewMatrix, 0,
                0f, 0f, 5.0f,
                0f, 0f, 0f,
                0f, 1.0f, 0f
            )
            //计算变换矩阵
            Matrix.multiplyMM(mMatrix, 0, prjMatrix, 0, viewMatrix, 0)
        }
    }
    
    // 平移
    fun translate(dx: Float, dy: Float) {
        Matrix.translateM(mMatrix, 0, dx*mWidthRatio*2, -dy*mHeightRatio*2, 0f)
    }
    
    // ......
}
复制代码

代码中,根据缩放宽或高,分别记录对应的宽高缩放比。

接着,在translate方法中,对dx和dy分别做了缩放。那么缩放是如何得出的呢?

  • 计算移动缩放比

首先,来看下普通矩阵平移是如何计算缩放的。

普通矩阵平移缩放系数计算

可以看到,一个单位矩阵,在Y方向上放大了2倍以后,经过Matrix.translateM变换,实际平移的距离是原来的2倍。

那么为了将移动的距离还原回来,需要把这个倍数除去。

最终得到:

sx = dx / w_ratio
sy = dy / h_ratio
复制代码

接下来看看,如何计算OpenGL视频画面的移动缩放系数。

画面移动缩放系数计算

第一个是矩阵是OpenGL正交投影矩阵,我们已经知道left和right,top和bottom互为反数,并且等于视频画面的缩放比w_ratio,h_ratio(不清楚的,请看上一篇文章),因此可以简化成为右边的矩阵。

经过Matrix.translateM进行转换以后,得到的平移分别为:

x方向:1/w_ratio * dx

y方向:1/h_ratio * dy
复制代码

因此,可以得出正确的平移量为:

sx = dx * w_ratio

sy = dy * h_ratio
复制代码

但是,为何代码中的平移系数都乘以2呢?即

fun translate(dx: Float, dy: Float) {
    Matrix.translateM(mMatrix, 0, dx*mWidthRatio*2, -dy*mHeightRatio*2, 0f)
}
复制代码

首先理解一下,这里的dx和dy指的是什么呢?

dx = (curX - prevX) / GLSurfaceView_Width

dy = (curY - prevY) / GLSurfaceView_Height

其中,
curX/curY:为当前手指触摸点的x/y坐标
pervX/prevY:为上一个手指触摸点的x/y坐标
复制代码

即dx,dy是归一化的距离,范围(0~1)。

对应了OpenGL的世界坐标:

x方向为 (left, right) -> (-w_ratio, w_ratio)

y方向为 (top, bottom) ->(-h_ratio, h_ratio)
复制代码

GLSurfaceView坐标

OpenGL世界坐标

实际上整个OpenGL的世界坐标宽为:2倍的w_ratio;高为2倍的h_ratio。所以要把实际(0~1)换算为对应的世界坐标中的距离,需要乘以2,才能得到正确的移动距离。

最后,还有一点要注意的是,y方向的平移前面加了一个负号,这是因为Android屏幕Y轴的正方向是向下,而OpenGL世界坐标Y轴方向是向上的,正好相反。

  • 获取触摸距离,并平移画面

为了获取手指的触摸点,需要自定义一个GLSurfaceView。

class DefGLSurfaceView : GLSurfaceView {

    constructor(context: Context): super(context)

    constructor(context: Context, attrs: AttributeSet): super(context, attrs)

    private var mPrePoint = PointF()

    private var mDrawer: VideoDrawer? = null

    override fun onTouchEvent(event: MotionEvent): Boolean {
        when (event.action) {
            MotionEvent.ACTION_DOWN -> {
                mPrePoint.x = event.x
                mPrePoint.y = event.y
            }
            MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
                val dx = (event.x - mPrePoint.x) / width
                val dy = (event.y - mPrePoint.y) / height
                mDrawer?.translate(dx, dy)
                mPrePoint.x = event.x
                mPrePoint.y = event.y
            }
        }
        return true
    }

    fun addDrawer(drawer: VideoDrawer) {
        mDrawer = drawer
    }
}
复制代码

代码很简单,为了方便演示,只添加了一个绘制器,也没有去判断手指是否触摸到实际画面的位置,只要有触摸移动,就平移画面。

然后把它放到页面中使用

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<android.support.constraint.ConstraintLayout
        xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent">
    <com.cxp.learningvideo.opengl.DefGLSurfaceView
            android:id="@+id/gl_surface"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="match_parent"/>
</android.support.constraint.ConstraintLayout>
复制代码

最后,在Activity中调用addDrawer,把上面那个画面的绘制器设置给DefGLSurfaceView。

private fun initSecondVideo() {
    val drawer = VideoDrawer()
    drawer.setVideoSize(1920, 1080)
    drawer.getSurfaceTexture {
        initPlayer(path2, Surface(it), false)
    }
    render.addDrawer(drawer)
    
    //设置绘制器,用于触摸移动
    gl_surface.addDrawer(drawer)
}
复制代码

这样,就可以随便移动画面啦。

移动画面

3)缩放

相对于移动缩放显得要简单的多。

Android的Matrix提供一个矩阵缩放方法:


/**
 * Scales matrix m in place by sx, sy, and sz.
 *
 * @param m matrix to scale
 * @param mOffset index into m where the matrix starts
 * @param x scale factor x
 * @param y scale factor y
 * @param z scale factor z
 */
public static void scaleM(float[] m, int mOffset,
        float x, float y, float z) {
    for (int i=0 ; i<4 ; i++) {
        int mi = mOffset + i;
        m[     mi] *= x;
        m[ 4 + mi] *= y;
        m[ 8 + mi] *= z;
    }
}
复制代码

这个方法也非常简单,就是将x,y,z对应的矩阵缩放的位置乘以缩放倍数。

在VideoDrawer中添加一个缩放的方法scale:

class VideoDrawer : IDrawer {

    // 省略无关代码.......
    
    fun scale(sx: Float, sy: Float) {
        Matrix.scaleM(mMatrix, 0, sx, sy, 1f)
        mWidthRatio /= sx
        mHeightRatio /= sy
    }
    
    // ......
}
复制代码

这里要注意的一点是,设置完缩放系数的时候,要把该缩放系数累计到原来的投影矩阵的缩放系数中,这样在平移的时候才能正确缩放移动距离。

注意:这里是 (原来的缩放系数 / 正要缩放的系数),而非“乘”。因为缩放投影矩阵的缩放比例是“越大,缩的越小”(可以再去看下正交投影的矩阵,left、right、top、bottom是分母)

最后给画面设置一个缩放系数,比如0.5f。

private fun initSecondVideo() {
    val drawer = VideoDrawer()
    drawer.setAlpha(0.5f)
    drawer.setVideoSize(1920, 1080)
    drawer.getSurfaceTexture {
        initPlayer(path2, Surface(it), false)
    }
    render.addDrawer(drawer)
    gl_surface.addDrawer(drawer)

    // 设置缩放系数
    Handler().postDelayed({
        drawer.scale(0.5f, 0.5f)
    }, 1000)
}
复制代码

效果如下:

缩放移动

三、后话

以上就是在音视频开发中使用到的最基础的知识,但千万不要小瞧这些知识,许多酷炫的效果其实都是基于这些最简单的变换去实现的,希望大家有所收获。

咱们下篇见!