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Code + Design => Magic

[译]使用WebGL创建伪3D图像效果

原文:https://tympanus.net/codrops/2019/02/20/how-to-create-a-fake-3d-image-effect-with-webgl/

学习如何用原生 WebGL 为具有深度映射的图像创建交互式伪 3D 效果。

demo: http://tympanus.net/Tutorials/Fake3DEffect/ [译者注:强烈建议你点进去看看!]
Get 源代码: http://tympanus.net/Tutorials/Fake3DEffect/Fake3DEffect.zip

如今,WebGL 变得非常流行,因为它让我们能够为 Web 创建独特的交互式图形。您可能已经看到使用Blotter.js 创建文字失真效果或使用THREE.MeshLine 库创建的 WebGL 动画曲线。今天,您将了解如何直接使用原生 WebGL 快速为图像创建交互式的伪 3D 效果。

如果使用 Facebook,则可能会看到新闻源和 VR 的 3D 照片更新。借助特殊的电话摄像头,可以捕捉前景中的对象与背景之间的距离,从而使 3D 照片通过景深和微小位移使场景栩栩如生。我们可以使用任何照片,一些图像编辑和一点点编码来重新创建这种效果。

通常,这类效果将依赖 Three.js 或 Pixi.js,这两个都是功能强大的库,在编码时具有许多有用且便捷的功能。今天,我们将不使用任何库,而是直接用原生的 WebGL API。

所以,赶快开始吧!

画一个平面

所以,为了实现这种效果,我们使用原生的 WebGL API. 这里有个让你入门 WebGL 的好地方 webglfundamentals.org. WebGL 通常因其冗长而遭到开发者的抱怨,其实,这是有原因的。所有全屏着色器效果(即使它们是 2D 效果)的基础是某种平面或网格,即所谓的四边形,它在整个屏幕上延伸。通常我们在 Three.js 中编写THREE.PlaneGeometry(1,1)来创建 1×1 平面,而我们在原生 WebGL 中需要写:

let vertices = new Float32Array([-1, -1, 1, -1, -1, 1, 1, 1])
let buffer = gl.createBuffer()
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, buffer)
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, vertices, gl.STATIC_DRAW)

现在我们有了平面,我们可以对其应用顶点和片段着色器。

准备图像

为了创建 3D 效果,我们需要创建图像的深度图。制作深度图的主要原理是,我们必须根据图像中对象的 Z 坐标来分离图像由近到远的不同部分,从而将前景与背景分隔开。

为此,我们可以通过以下方式在 Photoshop 中打开图像并在原始照片上绘制灰色区域:

[译者注:其实这里的图片处理非常重要,将会直接影响到最后的效果。这里,我找到了一个如何在 photoshop 中创建图像的深度图的简易教程]

此图显示了一些山脉,在这些山脉中您可以看到图中对象离相机越近,深度图中的区域绘制得越亮。在接下来的一部分中,让我们看看为什么这种阴影很有意义。

编写着色器

渲染逻辑主要发生在着色器中。如 MDN 网站文档所述:

着色器是使用 OpenGL ES 着色语言(GLSL)编写的程序,该程序获取有关构成形状的顶点的信息,并生成将像素渲染到屏幕上所需的数据:即像素的位置及其像素颜色。绘制 WebGL 内容时,有两个着色器功能运行:顶点着色器和片段着色器。

了解着色器的一个很好的资源是 The Book Of Shaders

顶点着色器的作用在这并不复杂。它只显示顶点:

attribute vec2 position;
    void main() {
    gl_Position = vec4(position, 0, 1);
}

最有趣的部分将发生在片段着色器中。我们将在片段着色器中加载两张图片:

void main(){
    vec4 depth = texture2D(depthImage, uv);
    gl_FragColor = texture2D(originalImage, uv); // 只是显示原图
}

需要指明的是,深度图图像是黑白的。对于着色器,颜色只是一个数字:1 是白色,0 是深黑色。uv 变量是一个二维映射,用于存储有关要显示哪个像素的信息。通过这两件事,我们可以使用深度信息稍微移动原始照片的像素。

让我们从鼠标移动开始:

vec4 depth = texture2D(depthImage, uv);
gl_FragColor = texture2D(originalImage, uv + mouse); // 译者注:这里每一个顶点的位移都是完全相同的

[译者注:关于 uv]

现在让我们添加深度信息:

vec4 depth = texture2D(depthImage, uv);
gl_FragColor = texture2D(originalImage, uv + mouse*depth.r);

该见证奇迹了:

因为 depth 纹理是黑白的,所以我们可以采用红色通道depth.r,并将其乘以屏幕上的鼠标位置值。这意味着像素越亮,跟随鼠标移动的像素就越多。另一方面,暗色像素只会保留在原位。它的原理是如此简单[译者注:真的简单易懂!],但是却可以产生令人印象深刻的 3D 图像错觉。

当然,着色器能够能够做的远远不止这,但是我希望你喜欢这个「伪造」的 3D 效果小实验。让我知道您对此有何想法,并希望借此来看看你的创作!

参考和鸣谢

在 github 上找到完整的项目

译者说:

这篇文章是继[译]使用 Three.js 制作有粘稠感的图像悬停效果的又一篇有意思的同类文章。翻译不是目的,因为有了 google translate 文章的英语不在话下,而且该文表达很简单直接,目的是分享我看到的值得分享的好的内容,我个人还是觉得这些东西很有意思的。

该文涉及到的 shader 代码并不复杂,可是思路非常巧妙,进而达到了不错的效果。而且最重要的是,只要你能制作出图像对应的深度图,那么就可以模拟出伪 3D 的效果。如果你能够将图中对象的前后关系颗粒度划分得越细,那么最终得到的效果应该是会越好。


2020.04.02更新

关于“深度图(depth map)”,最近发现除了人手动用photoshop处理以外,还可以借助训练好的(当然也可以自己训练)神经网络模型的力量来帮助你自动的从原图得到“深度图”。

比如我找到了以下的仓库:

在线生成“深度图”:

在线可交互深度图制作和预览:


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