Масштабирование изображения (KeepAspectRatioByExpanding) через OpenGL

Я пытаюсь реализовать масштабирование изображения в OpenGL, используя только glTexCoord2f() и glVertex2f().

Позвольте мне объяснить: после загрузки QImage и отправки его в gpu с помощью glTexImage2D() мне нужно выполнить операции масштабирования изображений на основе спецификации Qt. Qt определяет эти 3 операции (см. Рисунок ниже):

Я думаю, что это единственный способ сделать это, поскольку мое приложение является плагином Qt, и эта задача должна выполняться внутри метода paint() класса. Операция IgnoreAspectRatio довольно проста и работает прямо сейчас. KeepAspectRatio дал мне некоторые проблемы изначально, но теперь он также работает. К несчастью, KeepAspectRatioByExpanding дает мне головные боли.

Я делюсь тем, что я сделал до сих пор, и я ценю вашу помощь по этой проблеме:

main.cpp:

#include "oglWindow.h"
#include <QtGui/QApplication>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    oglWindow w;
    w.show();
    return a.exec();
}

oglWindow.cpp:

#include "oglWindow.h"
#include "glwidget.h"

#include <QGridLayout>

oglWindow::oglWindow(QWidget *parent, Qt::WFlags flags)
    : QMainWindow(parent, flags)
{
    ui.setupUi(this);
    GLWidget *openGL = new GLWidget(this);

    QGridLayout *layout = new QGridLayout;
    setLayout(layout);
}

oglWindow::~oglWindow()
{
}

oglWindow.h:

#ifndef oglWindow_H
#define oglWindow_H

#include <QtGui/QMainWindow>
#include "ui_yuv_to_rgb.h"

class oglWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    oglWindow(QWidget *parent = 0, Qt::WFlags flags = 0);
    ~oglWindow();

private:
    Ui::oglWindowClass ui;
};

#endif // oglWindow_H

glwidget.cpp:

#ifdef _MSC_VER
    #include <windows.h>
    #include <GL/glew.h>
    #include <GL/gl.h>  
#else
    #include <GL/gl.h>
#endif

#include "glwidget.h"

#include <QDebug>

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <assert.h>


static const char *p_s_fragment_shader =
    "#extension GL_ARB_texture_rectangle : enable\n"
    "uniform sampler2DRect tex;"
    "uniform float ImgHeight, chromaHeight_Half, chromaWidth;"
    "void main()"
    "{"
    "    vec2 t = gl_TexCoord[0].xy;" // get texcoord from fixed-function pipeline
    "    float CbY = ImgHeight + floor(t.y / 4.0);"
    "    float CrY = ImgHeight + chromaHeight_Half + floor(t.y / 4.0);"
    "    float CbCrX = floor(t.x / 2.0) + chromaWidth * floor(mod(t.y, 2.0));"
    "    float Cb = texture2DRect(tex, vec2(CbCrX, CbY)).x - .5;"
    "    float Cr = texture2DRect(tex, vec2(CbCrX, CrY)).x - .5;"
    "    float y = texture2DRect(tex, t).x;" // redundant texture read optimized away by texture cache
    "    float r = y + 1.28033 * Cr;"
    "    float g = y - .21482 * Cb - .38059 * Cr;"
    "    float b = y + 2.12798 * Cb;"
    "    gl_FragColor = vec4(r, g, b, 1.0);"
    "}";


GLWidget::GLWidget(QWidget *parent)
: QGLWidget(QGLFormat(QGL::SampleBuffers), parent), _frame(NULL)
{
    setAutoFillBackground(false);
    setMinimumSize(640, 480);

    /* Load 1280x768 YV12 frame from the disk */

    _frame = new QImage(1280, 768, QImage::Format_RGB888);  
    if (!_frame)
    {
        qDebug() << "> GLWidget::GLWidget !!! Failed to create _frame";
        return;
    }

    std::ifstream yuv_file("bloco.yv12", std::ios::in | std::ios::binary | std::ios::ate);
    if (!yuv_file.is_open())
    {
        qDebug() << "> GLWidget::GLWidget !!! Failed to load yuv file";
        return;
    }
    int yuv_file_sz = yuv_file.tellg();

    unsigned char* memblock = new unsigned char[yuv_file_sz];
    if (!memblock)
    {
        qDebug() << "> GLWidget::GLWidget !!! Failed to allocate memblock";
        return;
    }

    yuv_file.seekg(0, std::ios::beg);
    yuv_file.read((char*)memblock, yuv_file_sz);
    yuv_file.close();

    qMemCopy(_frame->scanLine(0), memblock, yuv_file_sz);

    delete[] memblock;
}

GLWidget::~GLWidget()
{
    if (_frame)
        delete _frame;
}

void GLWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
    painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

    qDebug() << "> GLWidget::paintEvent OpenGL:"  << ((painter.paintEngine()->type() != QPaintEngine::OpenGL &&
                                       painter.paintEngine()->type() != QPaintEngine::OpenGL2) ? "disabled" : "enabled");   

    QGLContext* context = const_cast<QGLContext *>(QGLContext::currentContext());
    if (!context)
    {
        qDebug() << "> GLWidget::paintEvent !!! Unable to retrieve OGL context";
        return;
    }
    context->makeCurrent();

    painter.fillRect(QRectF(QPoint(0, 0), QSize(1280, 768)), Qt::black);

    painter.beginNativePainting();

    /* Initialize GL extensions */
    GLenum err = glewInit();
    if (err != GLEW_OK)
    {
        qDebug() << "> GLWidget::paintEvent !!! glewInit failed with: " << err;
        return;
    }
    if (!GLEW_VERSION_2_1)  // check that the machine supports the 2.1 API.
    {
        qDebug() << "> GLWidget::paintEvent !!! System doesn't support GLEW_VERSION_2_1";
        return;
    }

    /* Setting up texture and transfering data to the GPU */

    static GLuint texture = 0;
    if (texture != 0)
    {
        context->deleteTexture(texture);
    }

    glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, texture);

    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);

    glTexImage2D(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, 0,
            GL_LUMINANCE, _frame->width(), _frame->height() + _frame->height() / 2, 0,
            GL_LUMINANCE, GL_UNSIGNED_BYTE, _frame->bits());

    assert(glGetError() == GL_NO_ERROR);

    glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODULATE);
    glEnable(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB);

    glClearColor(0.3, 0.3, 0.4, 1.0);

    int img_width = _frame->width();
    int img_height = _frame->height();
    int offset_x = 0;
    int offset_y = 0;

    GLfloat gl_width = width(); // GL context size
    GLfloat gl_height = height();

    /* Initialize shaders and execute them */   
    _init_shaders();

    qDebug() << "paint(): gl_width:" << gl_width << " gl_height:" << gl_height <<  
        " img:" << _frame->width() << "x" << _frame->height();

    int fill_mode = 1;
    switch (fill_mode)
    {
        case 0: // KeepAspectRatioByExpanding
        {
            // need help!
        }
        break;

        case 1: // IgnoreAspectRatio
        {
            // Nothing special needs to be done for this operation.
        }
        break;

        case 2: // KeepAspectRatio
        default:
        {
          // Compute aspect ratio and offset Y for widescreen borders
            double ratiox = img_width/gl_width;
            double ratioy = img_height/gl_height;

            if (ratiox > ratioy)
            {
                gl_height = qRound(img_height / ratiox);
                offset_y = qRound((height() - gl_height) / 2);
                gl_height += offset_y * 2;
            }
            else
            {
                gl_width = qRound(img_width / ratioy);
                offset_x = qRound((width() - gl_width) / 2);
                gl_width += offset_x * 2;
            }
        }
        break;
    }


    // Mirroring texture coordinates to flip the image vertically
    glBegin(GL_QUADS);  
    glTexCoord2f(0.0f, img_height);                  glVertex2f(offset_x, gl_height - offset_y);
    glTexCoord2f(img_width, img_height);             glVertex2f(gl_width - offset_x, gl_height - offset_y);
    glTexCoord2f(img_width, 0.0f);                   glVertex2f(gl_width - offset_x, offset_y);
    glTexCoord2f(0.0f, 0.0f);                        glVertex2f(offset_x, offset_y);
    glEnd();

    painter.endNativePainting();
}

void GLWidget::_init_shaders()
{       
    int f = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(f, 1, &p_s_fragment_shader, 0);
    glCompileShader(f);

    _shader_program = glCreateProgram();
    glAttachShader(_shader_program, f);
    glLinkProgram(_shader_program);

    glUseProgram(_shader_program);

    glUniform1i(glGetUniformLocation(_shader_program, "tex"), 0);
    glUniform1f(glGetUniformLocation(_shader_program, "ImgHeight"), _frame->height());
    glUniform1f(glGetUniformLocation(_shader_program, "chromaHeight_Half"), (_frame->height() / 2) / 2);
    glUniform1f(glGetUniformLocation(_shader_program, "chromaWidth"), _frame->width() / 2);   
}

glwidget.h

#include <QtOpenGL/QGLWidget>
#include <QtGui/QImage>
#include <QPainter>

class GLWidget : public QGLWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    GLWidget(QWidget *parent = 0);
    ~GLWidget();

    void paintEvent(QPaintEvent *event);    

private:
    void _init_shaders();
    bool _checkShader(int n_shader_object);

    QImage* _frame;
    int _shader_program;
};

И здесь вы можете загрузить файл данных.

Ответ 1

Вы можете просто скопировать ветвь "сохранить пропорции" (при условии, что она работает) и просто перевернуть знак сравнения отношения, т.е.:

if (ratiox > ratioy)

становится

if (ratiox <= ratioy)

Но я не уверен, что на самом деле он работает (отношения вычислений всегда меня били - а твой сложный), и у меня нет Qt atm, поэтому я не могу попробовать. Но это должно сделать это. Обратите внимание, что изображение будет центрировано (не выравнивается по левому краю, как на вашем изображении), но это можно легко устранить.

ИЗМЕНИТЬ

Вот исходный код, который работает в приложении GLUT (нет QT, извините):

static void DrawObject(void)
{ 
    int img_width = 1280;//_frame->width();
    int img_height = 720;//_frame->height();
    GLfloat offset_x = -1;
    GLfloat offset_y = -1;

    int p_viewport[4];
    glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, p_viewport); // don't have QT :'(

    GLfloat gl_width = p_viewport[2];//width(); // GL context size
    GLfloat gl_height = p_viewport[3];//height();

    int n_mode = 0;
    switch(n_mode) {
    case 0: // KeepAspectRatioByExpanding
        {
            float ratioImg = float(img_width) / img_height;
            float ratioScreen = gl_width / gl_height;

            if(ratioImg < ratioScreen) {
                gl_width = 2;
                gl_height = 2 * ratioScreen / ratioImg;
            } else {
                gl_height = 2;
                gl_width = 2 / ratioScreen * ratioImg;
            }
            // calculate image size
        }
        break;

    case 1: // IgnoreAspectRatio
        gl_width = 2;
        gl_height = 2;
        // OpenGL normalized coordinates are -1 to +1 .. hence width (or height) = +1 - (-1) = 2
        break;

    case 2: // KeepAspectRatio
        {
            float ratioImg = float(img_width) / img_height;
            float ratioScreen = gl_width / gl_height;

            if(ratioImg > ratioScreen) {
                gl_width = 2;
                gl_height = 2 * ratioScreen / ratioImg;
            } else {
                gl_height = 2;
                gl_width = 2 / ratioScreen * ratioImg;
            }
            // calculate image size

            offset_x = -1 + (2 - gl_width) * .5f;
            offset_y = -1 + (2 - gl_height) * .5f;
            // center on screen
        }
        break;
    }

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
    glLoadIdentity();
    // just simple ortho view, no fancy transform ...

    glBegin(GL_QUADS);
        glTexCoord2f(0, 0);
        glVertex2f(offset_x, offset_y);

        glTexCoord2f(ImgWidth, 0);
        glVertex2f(offset_x + gl_width, offset_y);

        glTexCoord2f(ImgWidth, ImgHeight);
        glVertex2f(offset_x + gl_width, offset_y + gl_height);

        glTexCoord2f(0, ImgHeight);
        glVertex2f(offset_x, offset_y + gl_height);
    glEnd();
    // draw a single quad
}

Это работает, сравнивая соотношение экран к формату изображения. Фактически вы сравниваете соотношение ширины изображения и ширины экрана с высотой изображения до высоты экрана. Это, по крайней мере, подозрительно, не сказать неправильно.

Кроме того, нормализованные координаты OpenGL (при условии простого ортогонального представления) находятся в диапазоне (-1, -1) для нижнего левого угла до (1, 1) для верхнего правого. Это означает, что нормализованная ширина и высота равны 2, а смещение равно (-1, -1). Остальная часть кода должна быть понятной. Если текстура перевернута (я протестировал с некой общей текстурой, не уверен, был ли она вертикальной), просто измените координаты текстуры в соответствующем направлении (swap 0s для ImgWidth (или высоты) и наоборот).

EDIT2

Использование пиксельных координат (не используя нормализованные координаты OpenGL) еще проще. Вы можете использовать:

static void DrawObject(void)
{ 
    int img_width = 1280;//_frame->width();
    int img_height = 720;//_frame->height();
    GLfloat offset_x = 0;
    GLfloat offset_y = 0;

    int p_viewport[4];
    glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, p_viewport);

    GLfloat gl_width = p_viewport[2];//width(); // GL context size
    GLfloat gl_height = p_viewport[3];//height();

    int n_mode = 0;
    switch(n_mode) {
    case 0: // KeepAspectRatioByExpanding
        {
            float ratioImg = float(img_width) / img_height;
            float ratioScreen = gl_width / gl_height;

            if(ratioImg < ratioScreen)
                gl_height = gl_width / ratioImg;
            else
                gl_width = gl_height * ratioImg;
            // calculate image size
        }
        break;

    case 1: // IgnoreAspectRatio
        break;

    case 2: // KeepAspectRatio
        {
            float ratioImg = float(img_width) / img_height;
            float ratioScreen = gl_width / gl_height;

            GLfloat orig_width = gl_width;
            GLfloat orig_height = gl_height;
            // remember those to be able to center the quad on screen

            if(ratioImg > ratioScreen)
                gl_height = gl_width / ratioImg;
            else
                gl_width = gl_height * ratioImg;
            // calculate image size

            offset_x = 0 + (orig_width - gl_width) * .5f;
            offset_y = 0 + (orig_height - gl_height) * .5f;
            // center on screen
        }
        break;
    }

    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
    glTranslatef(-1, -1, 0);
    glScalef(2.0f / p_viewport[2], 2.0f / p_viewport[3], 1.0);
    // just simple ortho view for vertex coordinate to pixel matching

    glBegin(GL_QUADS);
        glTexCoord2f(0, 0);
        glVertex2f(offset_x, offset_y);

        glTexCoord2f(img_width, 0);
        glVertex2f(offset_x + gl_width, offset_y);

        glTexCoord2f(img_width, img_height);
        glVertex2f(offset_x + gl_width, offset_y + gl_height);

        glTexCoord2f(0, img_height);
        glVertex2f(offset_x, offset_y + gl_height);
    glEnd();
    // draw a single quad
}

Обратите внимание, что в обеих версиях кода используются текстуры NPOT. Чтобы адаптировать код к вашему объекту, нужно сделать что-то вроде этого:

void GLWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
    painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);

    qDebug() << "> GLWidget::paintEvent OpenGL:"  << ((painter.paintEngine()->type() != QPaintEngine::OpenGL &&
                                       painter.paintEngine()->type() != QPaintEngine::OpenGL2) ? "disabled" : "enabled");   

    QGLContext* context = const_cast<QGLContext *>(QGLContext::currentContext());
    if (!context)
    {
        qDebug() << "> GLWidget::paintEvent !!! Unable to retrieve OGL context";
        return;
    }
    context->makeCurrent();

    painter.fillRect(QRectF(QPoint(0, 0), QSize(1280, 768)), Qt::black);

    painter.beginNativePainting();

    /* Initialize GL extensions */
    GLenum err = glewInit();
    if (err != GLEW_OK)
    {
        qDebug() << "> GLWidget::paintEvent !!! glewInit failed with: " << err;
        return;
    }
    if (!GLEW_VERSION_2_1)  // check that the machine supports the 2.1 API.
    {
        qDebug() << "> GLWidget::paintEvent !!! System doesn't support GLEW_VERSION_2_1";
        return;
    }

    /* Setting up texture and transfering data to the GPU */

    static GLuint texture = 0;
    if (texture != 0)
    {
        context->deleteTexture(texture);
    }

    glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, texture);

    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);

    glTexImage2D(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB, 0,
            GL_LUMINANCE, _frame->width(), _frame->height() + _frame->height() / 2, 0,
            GL_LUMINANCE, GL_UNSIGNED_BYTE, _frame->bits());

    assert(glGetError() == GL_NO_ERROR);

    glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODULATE);
    glEnable(GL_TEXTURE_RECTANGLE_ARB);

    glClearColor(0.3, 0.3, 0.4, 1.0);

    /* Initialize shaders and execute them */   
    _init_shaders();

    int img_width = _frame->width();
    int img_height = _frame->height();
    GLfloat offset_x = 0;
    GLfloat offset_y = 0;
    GLfloat gl_width = width(); // GL context size
    GLfloat gl_height = height();

    qDebug() << "paint(): gl_width:" << gl_width << " gl_height:" << gl_height <<  
        " img:" << _frame->width() << "x" << _frame->height();

    int fill_mode = 0;
    switch(fill_mode) {
    case 0: // KeepAspectRatioByExpanding
        {
            float ratioImg = float(img_width) / img_height;
            float ratioScreen = gl_width / gl_height;

            if(ratioImg < ratioScreen)
                gl_height = gl_width / ratioImg;
            else
                gl_width = gl_height * ratioImg;
            // calculate image size
        }
        break;

    case 1: // IgnoreAspectRatio
        break;

    case 2: // KeepAspectRatio
        {
            float ratioImg = float(img_width) / img_height;
            float ratioScreen = gl_width / gl_height;

            GLfloat orig_width = gl_width;
            GLfloat orig_height = gl_height;
            // remember those to be able to center the quad on screen

            if(ratioImg > ratioScreen)
                gl_height = gl_width / ratioImg;
            else
                gl_width = gl_height * ratioImg;
            // calculate image size

            offset_x = 0 + (orig_width - gl_width) * .5f;
            offset_y = 0 + (orig_height - gl_height) * .5f;
            // center on screen
        }
        break;
    }

    glDisable(GL_CULL_FACE); // might cause problems if enabled
    glBegin(GL_QUADS);
        glTexCoord2f(0, 0);
        glVertex2f(offset_x, offset_y);

        glTexCoord2f(img_width, 0);
        glVertex2f(offset_x + gl_width, offset_y);

        glTexCoord2f(img_width, img_height);
        glVertex2f(offset_x + gl_width, offset_y + gl_height);

        glTexCoord2f(0, img_height);
        glVertex2f(offset_x, offset_y + gl_height);
    glEnd();
    // draw a single quad

    painter.endNativePainting();
}

Невозможно гарантировать, что этот последний фрагмент кода является безошибочным, так как у меня нет QT. Но в случае наличия опечаток должно быть довольно просто исправить их.

Ответ 2

Просто сделайте ту же математику, что и в KeepAspectRatio, но на этот раз сохраните высоту вместо ширины. Вы получите ширину больше 1, поэтому вам придется использовать обратную для нее координату текстуры.

Нормализованные координаты да/нет не будут иметь значения, вам просто нужно добавить эти факторы для координат текстуры. Для этого я предполагаю, что изображение заполняет всю текстуру (от (0,0) до (1,1), что позволяет легко умножать значения с вашей шириной/высотой). Обертка текстуры должна быть отключена.

Координаты текстуры по умолчанию:

(0,0)-(1,0)
|     |
(0,1)-(1,1)

Соотношение сторон:

tex_ar = tex_width / tex_height; // aspect ratio for the texture being used
scr_ar = scr_width / scr_height; // aspect ratio for the quad being drawn

KeepAspectRatio (коснитесь изнутри):

(0, 0)-----------------------(max(1, scr_ar / tex_ar), 0)
|                            |
(0, max(1, tex_ar / scr_ar))-(max(1, scr_ / tex_ar), max(1, tex_ar / scr_ar))

KeepAspectRatioByExpanding (коснитесь снаружи, просто замените max() на min()):

(0, 0)-----------------------(min(1, scr_ar / tex_ar), 0)
|                            |
(0, min(1, tex_ar / scr_ar))-(min(1, scr_ / tex_ar), min(1, tex_ar / scr_ar))

Для вашего случая вам просто нужно умножить полученные координаты текстуры на вашу ширину/высоту.