]> git.sesse.net Git - movit/blob - effect.h
Refactor RewritingTo{MirrorEffect,InvertEffect} into a reusable template; it started...
[movit] / effect.h
1 #ifndef _EFFECT_H
2 #define _EFFECT_H 1
3
4 // Effect is the base class for every effect. It basically represents a single
5 // GLSL function, with an optional set of user-settable parameters.
6 //
7 // A note on naming: Since all effects run in the same GLSL namespace,
8 // you can't use any name you want for global variables (e.g. uniforms).
9 // The framework assigns a prefix to you which will be unique for each
10 // effect instance; use the macro PREFIX() around your identifiers to
11 // automatically prepend that prefix.
12
13 #include <map>
14 #include <string>
15 #include <vector>
16
17 #include <assert.h>
18
19 #include <Eigen/Core>
20
21 #include <GL/glew.h>
22 #include "util.h"
23
24 class EffectChain;
25 class Node;
26
27 // Can alias on a float[2].
28 struct Point2D {
29         Point2D(float x, float y)
30                 : x(x), y(y) {}
31
32         float x, y;
33 };
34
35 // Can alias on a float[3].
36 struct RGBTriplet {
37         RGBTriplet(float r, float g, float b)
38                 : r(r), g(g), b(b) {}
39
40         float r, g, b;
41 };
42
43 // Convenience functions that deal with prepending the prefix.
44 GLint get_uniform_location(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key);
45 void set_uniform_int(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, int value);
46 void set_uniform_float(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, float value);
47 void set_uniform_vec2(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values);
48 void set_uniform_vec3(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values);
49 void set_uniform_vec4_array(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values, size_t num_values);
50 void set_uniform_mat3(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const Eigen::Matrix3d &matrix);
51
52 class Effect {
53 public:
54         virtual ~Effect() {}
55
56         // An identifier for this type of effect, mostly used for debug output
57         // (but some special names, like "ColorspaceConversionEffect", holds special
58         // meaning). Same as the class name is fine.
59         virtual std::string effect_type_id() const = 0;
60
61         // Whether this effects expects its input (and output) to be in
62         // linear gamma, ie. without an applied gamma curve. Most effects
63         // will want this, although the ones that never actually look at
64         // the pixels, e.g. mirror, won't need to care, and can set this
65         // to false. If so, the input gamma will be undefined.
66         //
67         // Also see the note on needs_texture_bounce(), below.
68         virtual bool needs_linear_light() const { return true; }
69
70         // Whether this effect expects its input to be in the sRGB
71         // color space, ie. use the sRGB/Rec. 709 RGB primaries.
72         // (If not, it would typically come in as some slightly different
73         // set of RGB primaries; you would currently not get YCbCr
74         // or something similar).
75         //
76         // Again, most effects will want this, but you can set it to false
77         // if you process each channel independently, equally _and_
78         // in a linear fashion.
79         virtual bool needs_srgb_primaries() const { return true; }
80
81         // How this effect handles alpha, ie. what it outputs in its
82         // alpha channel. The choices are basically blank (alpha is always 1.0),
83         // premultiplied and postmultiplied.
84         //
85         // Premultiplied alpha is when the alpha value has been be multiplied
86         // into the three color components, so e.g. 100% red at 50% alpha
87         // would be (0.5, 0.0, 0.0, 0.5) instead of (1.0, 0.0, 0.0, 0.5)
88         // as it is stored in most image formats (postmultiplied alpha).
89         // The multiplication is taken to have happened in linear light.
90         // This is the most natural format for processing, and the default in
91         // most of Movit (just like linear light is).
92         //
93         // If you set INPUT_AND_OUTPUT_ALPHA_PREMULTIPLIED, all of your inputs
94         // (if any) are guaranteed to also be in premultiplied alpha.
95         // Otherwise, you can get postmultiplied or premultiplied alpha;
96         // you won't know. If you have multiple inputs, you will get the same
97         // (pre- or postmultiplied) for all inputs, although most likely,
98         // you will want to combine them in a premultiplied fashion anyway
99         // in that case.
100         enum AlphaHandling {
101                 // Always outputs blank alpha (ie. alpha=1.0). Only appropriate
102                 // for inputs that do not output an alpha channel.
103                 // Blank alpha is special in that it can be treated as both
104                 // pre- and postmultiplied.
105                 OUTPUT_BLANK_ALPHA,
106
107                 // Always outputs premultiplied alpha. As noted above,
108                 // you will then also get all inputs in premultiplied alpha.
109                 // If you set this, you should also set needs_linear_light().
110                 INPUT_AND_OUTPUT_ALPHA_PREMULTIPLIED,
111
112                 // Always outputs postmultiplied alpha. Only appropriate for inputs.
113                 OUTPUT_ALPHA_POSTMULTIPLIED,
114
115                 // Keeps the type of alpha unchanged from input to output.
116                 // Usually appropriate if you process all color channels
117                 // in a linear fashion, and do not change alpha.
118                 //
119                 // Does not make sense for inputs.
120                 DONT_CARE_ALPHA_TYPE,
121         };
122         virtual AlphaHandling alpha_handling() const { return INPUT_AND_OUTPUT_ALPHA_PREMULTIPLIED; }
123
124         // Whether this effect expects its input to come directly from
125         // a texture. If this is true, the framework will not chain the
126         // input from other effects, but will store the results of the
127         // chain to a temporary (RGBA fp16) texture and let this effect
128         // sample directly from that.
129         //
130         // There are two good reasons why you might want to set this:
131         //
132         //  1. You are sampling more than once from the input,
133         //     in which case computing all the previous steps might
134         //     be more expensive than going to a memory intermediate.
135         //  2. You rely on previous effects, possibly including gamma
136         //     expansion, to happen pre-filtering instead of post-filtering.
137         //     (This is only relevant if you actually need the filtering; if
138         //     you sample 1:1 between pixels and texels, it makes no difference.)
139         //
140         // Note that in some cases, you might get post-filtered gamma expansion
141         // even when setting this option. More specifically, if you are the
142         // first effect in the chain, and the GPU is doing sRGB gamma
143         // expansion, it is undefined (from OpenGL's side) whether expansion
144         // happens pre- or post-filtering. For most uses, however,
145         // either will be fine.
146         virtual bool needs_texture_bounce() const { return false; }
147
148         // Whether this effect expects mipmaps or not. If you set this to
149         // true, you will be sampling with bilinear filtering; if not,
150         // you could be sampling with simple linear filtering and no mipmaps
151         // (although there is no guarantee; if a different effect in the chain
152         // needs mipmaps, you will also get them).
153         virtual bool needs_mipmaps() const { return false; }
154
155         // Whether this effect wants to output to a different size than
156         // its input(s) (see inform_input_size(), below). If you set this to
157         // true, the output will be bounced to a texture (similarly to if the
158         // next effect set needs_texture_bounce()).
159         virtual bool changes_output_size() const { return false; }
160
161         // If changes_output_size() is true, you must implement this to tell
162         // the framework what output size you want.
163         //
164         // Note that it is explicitly allowed to change width and height
165         // from frame to frame; EffectChain will reallocate textures as needed.
166         virtual void get_output_size(unsigned *width, unsigned *height) const {
167                 assert(false);
168         }
169
170         // Tells the effect the resolution of each of its input.
171         // This will be called every frame, and always before get_output_size(),
172         // so you can change your output size based on the input if so desired.
173         //
174         // Note that in some cases, an input might not have a single well-defined
175         // resolution (for instance if you fade between two inputs with
176         // different resolutions). In this case, you will get width=0 and height=0
177         // for that input. If you cannot handle that, you will need to set
178         // needs_texture_bounce() to true, which will force a render to a single
179         // given resolution before you get the input.
180         virtual void inform_input_size(unsigned input_num, unsigned width, unsigned height) {}
181
182         // How many inputs this effect will take (a fixed number).
183         // If you have only one input, it will be called INPUT() in GLSL;
184         // if you have several, they will be INPUT1(), INPUT2(), and so on.
185         virtual unsigned num_inputs() const { return 1; }
186
187         // Let the effect rewrite the effect chain as it sees fit.
188         // Most effects won't need to do this, but this is very useful
189         // if you have an effect that consists of multiple sub-effects
190         // (for instance, two passes). The effect is given to its own
191         // pointer, and it can add new ones (by using add_node()
192         // and connect_node()) as it sees fit. This is called at
193         // EffectChain::finalize() time, when the entire graph is known,
194         // in the order that the effects were originally added.
195         //
196         // Note that if the effect wants to take itself entirely out
197         // of the chain, it must set “disabled” to true and then disconnect
198         // itself from all other effects.
199         virtual void rewrite_graph(EffectChain *graph, Node *self) {}
200
201         // Outputs one GLSL uniform declaration for each registered parameter
202         // (see below), with the right prefix prepended to each uniform name.
203         // If you do not want this behavior, you can override this function.
204         virtual std::string output_convenience_uniforms() const;
205
206         // Returns the GLSL fragment shader string for this effect.
207         virtual std::string output_fragment_shader() = 0;
208
209         // Set all OpenGL state that this effect needs before rendering.
210         // The default implementation sets one uniform per registered parameter,
211         // but no other state.
212         //
213         // <sampler_num> is the first free texture sampler. If you want to use
214         // textures, you can bind a texture to GL_TEXTURE0 + <sampler_num>,
215         // and then increment the number (so that the next effect in the chain
216         // will use a different sampler).
217         virtual void set_gl_state(GLuint glsl_program_num, const std::string& prefix, unsigned *sampler_num);
218
219         // If you set any special OpenGL state in set_gl_state(), you can clear it
220         // after rendering here. The default implementation does nothing.
221         virtual void clear_gl_state();
222
223         // Set a parameter; intended to be called from user code.
224         // Neither of these take ownership of the pointer.
225         virtual bool set_int(const std::string&, int value) MUST_CHECK_RESULT;
226         virtual bool set_float(const std::string &key, float value) MUST_CHECK_RESULT;
227         virtual bool set_vec2(const std::string &key, const float *values) MUST_CHECK_RESULT;
228         virtual bool set_vec3(const std::string &key, const float *values) MUST_CHECK_RESULT;
229
230 protected:
231         // Register a parameter. Whenever set_*() is called with the same key,
232         // it will update the value in the given pointer (typically a pointer
233         // to some private member variable in your effect).
234         //
235         // Neither of these take ownership of the pointer.
236
237         // int is special since GLSL pre-1.30 doesn't have integer uniforms.
238         // Thus, ints that you register will _not_ be converted to GLSL uniforms.
239         void register_int(const std::string &key, int *value);
240
241         // These correspond directly to float/vec2/vec3 in GLSL.
242         void register_float(const std::string &key, float *value);
243         void register_vec2(const std::string &key, float *values);
244         void register_vec3(const std::string &key, float *values);
245
246         // This will register a 1D texture, which will be bound to a sampler
247         // when your GLSL code runs (so it corresponds 1:1 to a sampler2D uniform
248         // in GLSL).
249         //
250         // Note that if you change the contents of <values>, you will need to
251         // call invalidate_1d_texture() to have the picture re-uploaded on the
252         // next frame. This is in contrast to all the other parameters, which are
253         // set anew every frame.
254         void register_1d_texture(const std::string &key, float *values, size_t size);
255         void invalidate_1d_texture(const std::string &key);
256         
257 private:
258         struct Texture1D {
259                 float *values;
260                 size_t size;
261                 bool needs_update;
262                 GLuint texture_num;
263         };
264
265         std::map<std::string, int *> params_int;
266         std::map<std::string, float *> params_float;
267         std::map<std::string, float *> params_vec2;
268         std::map<std::string, float *> params_vec3;
269         std::map<std::string, Texture1D> params_tex_1d;
270 };
271
272 #endif // !defined(_EFFECT_H)