Three 之 three.js （webgl）PostProcessing/shader/EffectComposer 屏幕渲染 之 屏幕整体色调和饱和度调整 HueSaturationShader
目录
Three 之 three.js （webgl）PostProcessing/shader/EffectComposer 屏幕渲染 之 屏幕整体色调和饱和度调整 HueSaturationShader
一、简单介绍
Three js 开发的一些知识整理，方便后期遇到类似的问题，能够及时查阅使用。
本节介绍， three.js （webgl）中有各种后期渲染效果的简单实现，不同屏幕渲染又有不同的效果，这里做简单的介绍，如果有不足之处，欢迎指出，或者你有更好的方法，欢迎留言。
后期处理
1、threejs 的后期处理通道包提供了各种强大的效果，有了这些效果会大大降低代码难度，并且可以直接使用内置的着色器包，避免了复杂的着色器代码编写。后期处理通道一般都按顺序执行，后加入的会覆盖前面的通道。
2、EffectComposer 用于在three.js中实现后期处理效果。该类管理了产生最终视觉效果的后期处理过程链。 后期处理过程根据它们添加/插入的顺序来执行，最后一个过程会被自动渲染到屏幕上。
3、后置处理通常是指应用到2d图像上的某种特效或者是滤镜。在ThreeJs的场景中,我们有的是由很多网格(mesh)构成的场景(scene)。我们将其渲染成2d图像。一般来说，图像被直接渲染成canvas然后在浏览器中被展示,然而在结果被输出到canvas之前，我们也可以通过另外的一个render target并应用一些后置效果。这被称为Post Processing，因为它发生在主场景渲染过程之后。,
后置处理的示例 比如 Instagram 的滤镜，photoshop的滤镜。
工作方式：
1）你需要创建EffectComposer然后增加一些Pass对象。
2）每一个Pass阶段都可以增加一些后置处理特效，添加小插图，模糊，添加光晕，添加噪点，调整色相，饱和度，对比度等等。最终把效果渲染到canvas。
理解EffectComposer是如何工作的是有一点重要的
1）它创建两个render targets。让我们称他们为rtA和rtB
2）然后你调用EffectComposer.addPass按照你想要应用它们的顺序增加pass。然后它们就被向下图所示的被应用。举例说明，如下图：
首先 你传入RenderPass的场景被渲染到rtA，不管rta的内容是啥，它继续向下一个pass传递。下一个pass将它作为输入做一些操作然后将其写入到rtB。然后rtB传到下一个pass,将rtB作为输入作一些操作然后在写回rtA。这个过程在整个pass过程中持续发生。
更多信息查看 Threejs 官网：Three.js – JavaScript 3D Library
本节介绍，Threejs 中的屏幕渲染（后期渲染）添加对整个屏幕的色调、饱和度效果进行动态调节的效果。
二、实现原理
1、创建 EffectComposer ，并添加 RenderPass 通道，基础场景
2、添加 ShaderPass，主要添加 HueSaturationShader，实现对屏幕整体像素化处理
3、HueSaturationShader把传入场景 2d图像 ，通过算法屏幕的2d 图像，进行色调和饱和度处理，如下的关键代码
// hue
float angle = hue * 3.14159265;
float s = sin(angle), c = cos(angle);
vec3 weights = (vec3(2.0 * c, -sqrt(3.0) * s - c, sqrt(3.0) * s - c) + 1.0) / 3.0;
float len = length(gl_FragColor.rgb);
gl_FragColor.rgb = vec3(
dot(gl_FragColor.rgb, weights.xyz),
dot(gl_FragColor.rgb, weights.zxy),
dot(gl_FragColor.rgb, weights.yzx)
);
// saturation
float average = (gl_FragColor.r + gl_FragColor.g + gl_FragColor.b) / 3.0;
if (saturation > 0.0) {
gl_FragColor.rgb += (average - gl_FragColor.rgb) * (1.0 - 1.0 / (1.001 - saturation));
} else {
gl_FragColor.rgb += (average - gl_FragColor.rgb) * (-saturation);
}
三、注意事项
1、场景不断变化，要持续的效果，需要办 EffectComposer.render() 渲染刷新
2、可以改变 HueSaturationShader的参数，进行对应的效果变化
四、效果预览
五、实现步骤
1、为了方便学习，这里是基于 Github 代码，进行开发的，大家可以下载官网代码，很多值得学习的案例
GitHub - mrdoob/three.js: JavaScript 3D Library.
gitcode：mirrors / mrdoob / three.js · GitCode
2、在上面的基础上，添加一个 html ，用来实现案例效果，引入相关包
3、创建基础场景
4、添加后期渲染，并且添加点屏幕效果通道
5、添加 UI 调节色调和饱和度大小
6、完成其他的基础代码编写，运行脚本，效果如下
六、关键代码
1、HueSaturationPostProcessingEffect.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<title>005HueSaturationPostProcessingEffect</title>
<meta charset="utf-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, user-scalable=no, minimum-scale=1.0, maximum-scale=1.0">
<link type="text/css" rel="stylesheet" href="main.css">
</head>
<body>
<!-- Import maps polyfill -->
<!-- Remove this when import maps will be widely supported -->
<script async src="https://unpkg.com/es-module-shims@1.3.6/dist/es-module-shims.js"></script>
<script type="importmap">
{
"imports": {
"three": "../../../build/three.module.js"
}
}
</script>
<script type="module">
// 引入 three 基础库
import * as THREE from 'three';
// GUI
import { GUI } from '../../jsm/libs/lil-gui.module.min.js';
// 后期渲染关键库
import { EffectComposer } from '../../jsm/postprocessing/EffectComposer.js';
import { RenderPass } from '../../jsm/postprocessing/RenderPass.js';
import { ShaderPass } from '../../jsm/postprocessing/ShaderPass.js';
// shader脚本
import { HueSaturationShader } from './shaders/005HueSaturationShader.js';
let scene, camera, renderer, composer;
let object;
let effect;
const params = {
hue: 0,
saturation:0,
enable: true
};
init();
animate();
function init() {
// 渲染器
renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setPixelRatio( window.devicePixelRatio );
renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );
renderer.setClearColor('#cccccc');
document.body.appendChild( renderer.domElement );
// camera
camera = new THREE.PerspectiveCamera( 70, window.innerWidth / window.innerHeight, 1, 1000 );
camera.position.z = 8;
// 场景
scene = new THREE.Scene();
// 添加物体到场景中
object = new THREE.Object3D();
scene.add( object );
const geometry = new THREE.SphereGeometry( 1, 4, 4 );
const material = new THREE.MeshPhongMaterial( { color: '#ff3399', flatShading: true } );
const material2 = new THREE.MeshPhongMaterial( { color: '#880088' } );
const mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );
mesh.position.set(-2,0,0)
object.add(mesh)
const mesh2 = new THREE.Mesh( geometry, material2 );
mesh2.position.set(2,0,0)
object.add(mesh2)
// 添加环境光
scene.add( new THREE.AmbientLight( 0x222222 ) );
// 添加方向光
const light = new THREE.DirectionalLight( 0xffffff );
light.position.set( 1, 1, 1 );
scene.add( light );
// 创建操作 UI
createGUI();
// 创建后期渲染通道
composer = new EffectComposer( renderer );
composer.addPass( new RenderPass( scene, camera ) );
// 添加通道效果
effect = new ShaderPass( HueSaturationShader );
composer.addPass( effect );
// 窗口尺寸变化监听
window.addEventListener( 'resize', onWindowResize );
}
function onWindowResize() {
// camera 更新 aspect
camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
camera.updateProjectionMatrix();
// 渲染器更新大小
renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );
// 后期渲染更新大小
composer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );
}
function createGUI() {
const gui = new GUI( { name: 'Pixel setting' } );
gui.add( params, 'hue', -1.0, 1.0 ).step( 0.01 ).onChange(()=>{effect.uniforms[ 'hue' ].value = params.hue;});
gui.add( params, 'saturation', -1.0, 1.0 ).step( 0.01 ).onChange(()=>{effect.uniforms[ 'saturation' ].value = params.saturation;});
gui.add( params, 'enable' );
}
function animate() {
requestAnimationFrame( animate );
// 旋转效果
// object.rotation.x += 0.005;
// object.rotation.y += 0.01;
if ( params.enable ) {
// 后期效果渲染
composer.render();
} else {
// 正常渲染
renderer.render( scene, camera );
}
}
</script>
</body>
</html>
2、005HueSaturationShader.js
/**
* Hue and saturation adjustment
* https://github.com/evanw/glfx.js
* hue: -1 to 1 (-1 is 180 degrees in the negative direction, 0 is no change, etc.
* saturation: -1 to 1 (-1 is solid gray, 0 is no change, and 1 is maximum contrast)
*/
const HueSaturationShader = {
uniforms: {
'tDiffuse': { value: null },
'hue': { value: 0 },
'saturation': { value: 0 }
},
vertexShader: /* glsl */`
varying vec2 vUv;
void main() {
vUv = uv;
gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4( position, 1.0 );
}`,
fragmentShader: /* glsl */`
uniform sampler2D tDiffuse;
uniform float hue;
uniform float saturation;
varying vec2 vUv;
void main() {
gl_FragColor = texture2D( tDiffuse, vUv );
// hue
float angle = hue * 3.14159265;
float s = sin(angle), c = cos(angle);
vec3 weights = (vec3(2.0 * c, -sqrt(3.0) * s - c, sqrt(3.0) * s - c) + 1.0) / 3.0;
float len = length(gl_FragColor.rgb);
gl_FragColor.rgb = vec3(
dot(gl_FragColor.rgb, weights.xyz),
dot(gl_FragColor.rgb, weights.zxy),
dot(gl_FragColor.rgb, weights.yzx)
);
// saturation
float average = (gl_FragColor.r + gl_FragColor.g + gl_FragColor.b) / 3.0;
if (saturation > 0.0) {
gl_FragColor.rgb += (average - gl_FragColor.rgb) * (1.0 - 1.0 / (1.001 - saturation));
} else {
gl_FragColor.rgb += (average - gl_FragColor.rgb) * (-saturation);
}
}`
};
export { HueSaturationShader };