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[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 "opengl.h"
20 #include "util.h"
21
22 class EffectChain;
23 class Node;
24
25 // Can alias on a float[2].
26 struct Point2D {
27         Point2D(float x, float y)
28                 : x(x), y(y) {}
29
30         float x, y;
31 };
32
33 // Can alias on a float[3].
34 struct RGBTriplet {
35         RGBTriplet(float r, float g, float b)
36                 : r(r), g(g), b(b) {}
37
38         float r, g, b;
39 };
40
41 // Convenience functions that deal with prepending the prefix.
42 GLint get_uniform_location(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key);
43 void set_uniform_int(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, int value);
44 void set_uniform_float(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, float value);
45 void set_uniform_float_array(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values, size_t num_values);
46 void set_uniform_vec2(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values);
47 void set_uniform_vec3(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values);
48 void set_uniform_vec4_array(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const float *values, size_t num_values);
49 void set_uniform_mat3(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, const std::string &key, const Matrix3x3 matrix);
50
51 class Effect {
52 public:
53         // An identifier for this type of effect, mostly used for debug output
54         // (but some special names, like "ColorSpaceConversionEffect", holds special
55         // meaning). Same as the class name is fine.
56         virtual std::string effect_type_id() const = 0;
57
58         // Whether this effects expects its input (and output) to be in
59         // linear gamma, ie. without an applied gamma curve. Most effects
60         // will want this, although the ones that never actually look at
61         // the pixels, e.g. mirror, won't need to care, and can set this
62         // to false. If so, the input gamma will be undefined.
63         //
64         // Also see the note on needs_texture_bounce(), below.
65         virtual bool needs_linear_light() const { return true; }
66
67         // Whether this effect expects its input to be in the sRGB
68         // color space, ie. use the sRGB/Rec. 709 RGB primaries.
69         // (If not, it would typically come in as some slightly different
70         // set of RGB primaries; you would currently not get YCbCr
71         // or something similar).
72         //
73         // Again, most effects will want this, but you can set it to false
74         // if you process each channel independently, equally _and_
75         // in a linear fashion.
76         virtual bool needs_srgb_primaries() const { return true; }
77
78         // Whether this effect expects its input to come directly from
79         // a texture. If this is true, the framework will not chain the
80         // input from other effects, but will store the results of the
81         // chain to a temporary (RGBA fp16) texture and let this effect
82         // sample directly from that.
83         //
84         // There are two good reasons why you might want to set this:
85         //
86         //  1. You are sampling more than once from the input,
87         //     in which case computing all the previous steps might
88         //     be more expensive than going to a memory intermediate.
89         //  2. You rely on previous effects, possibly including gamma
90         //     expansion, to happen pre-filtering instead of post-filtering.
91         //     (This is only relevant if you actually need the filtering; if
92         //     you sample on whole input pixels only, it makes no difference.)
93         //
94         // Note that in some cases, you might get post-filtered gamma expansion
95         // even when setting this option. More specifically, if you are the
96         // first effect in the chain, and the GPU is doing sRGB gamma
97         // expansion, it is undefined (from OpenGL's side) whether expansion
98         // happens pre- or post-filtering. For most uses, however,
99         // either will be fine.
100         virtual bool needs_texture_bounce() const { return false; }
101
102         // Whether this effect expects mipmaps or not. If you set this to
103         // true, you will be sampling with bilinear filtering; if not,
104         // you could be sampling with simple linear filtering and no mipmaps
105         // (although there is no guarantee; if a different effect in the chain
106         // needs mipmaps, you will also get them).
107         virtual bool needs_mipmaps() const { return false; }
108
109         // Whether this effect wants to output to a different size than
110         // its input(s). If you set this to true, the output will be
111         // bounced to a texture (similarly to if the next effect set
112         // needs_texture_bounce()).
113         virtual bool changes_output_size() const { return false; }
114
115         // If changes_output_size() is true, you must implement this to tell
116         // the framework what output size you want.
117         //
118         // Note that it is explicitly allowed to change width and height
119         // from frame to frame; EffectChain will reallocate textures as needed.
120         virtual void get_output_size(unsigned *width, unsigned *height) const {
121                 assert(false);
122         }
123
124         // How many inputs this effect will take (a fixed number).
125         // If you have only one input, it will be called INPUT() in GLSL;
126         // if you have several, they will be INPUT1(), INPUT2(), and so on.
127         virtual unsigned num_inputs() const { return 1; }
128
129         // Let the effect rewrite the effect chain as it sees fit.
130         // Most effects won't need to do this, but this is very useful
131         // if you have an effect that consists of multiple sub-effects
132         // (for instance, two passes). The effect is given to its own
133         // pointer, and it can add new ones (by using add_node()
134         // and connect_node()) as it sees fit. This is called at
135         // EffectChain::finalize() time, when the entire graph is known,
136         // in the order that the effects were originally added.
137         //
138         // Note that if the effect wants to take itself entirely out
139         // of the chain, it must set “disabled” to true and then disconnect
140         // itself from all other effects.
141         virtual void rewrite_graph(EffectChain *graph, Node *self) {}
142
143         // Outputs one GLSL uniform declaration for each registered parameter
144         // (see below), with the right prefix prepended to each uniform name.
145         // If you do not want this behavior, you can override this function.
146         virtual std::string output_convenience_uniforms() const;
147
148         // Returns the GLSL fragment shader string for this effect.
149         virtual std::string output_fragment_shader() = 0;
150
151         // Set all OpenGL state that this effect needs before rendering.
152         // The default implementation sets one uniform per registered parameter,
153         // but no other state.
154         //
155         // <sampler_num> is the first free texture sampler. If you want to use
156         // textures, you can bind a texture to GL_TEXTURE0 + <sampler_num>,
157         // and then increment the number (so that the next effect in the chain
158         // will use a different sampler).
159         virtual void set_gl_state(GLuint glsl_program_num, const std::string& prefix, unsigned *sampler_num);
160
161         // If you set any special OpenGL state in set_gl_state(), you can clear it
162         // after rendering here. The default implementation does nothing.
163         virtual void clear_gl_state();
164
165         // Set a parameter; intended to be called from user code.
166         // Neither of these take ownership of the pointer.
167         virtual bool set_int(const std::string&, int value);
168         virtual bool set_float(const std::string &key, float value);
169         virtual bool set_vec2(const std::string &key, const float *values);
170         virtual bool set_vec3(const std::string &key, const float *values);
171
172 protected:
173         // Register a parameter. Whenever set_*() is called with the same key,
174         // it will update the value in the given pointer (typically a pointer
175         // to some private member variable in your effect).
176         //
177         // Neither of these take ownership of the pointer.
178
179         // int is special since GLSL pre-1.30 doesn't have integer uniforms.
180         // Thus, ints that you register will _not_ be converted to GLSL uniforms.
181         void register_int(const std::string &key, int *value);
182
183         // These correspond directly to float/vec2/vec3 in GLSL.
184         void register_float(const std::string &key, float *value);
185         void register_vec2(const std::string &key, float *values);
186         void register_vec3(const std::string &key, float *values);
187
188         // This will register a 1D texture, which will be bound to a sampler
189         // when your GLSL code runs (so it corresponds 1:1 to a sampler2D uniform
190         // in GLSL).
191         //
192         // Note that if you change the contents of <values>, you will need to
193         // call invalidate_1d_texture() to have the picture re-uploaded on the
194         // next frame. This is in contrast to all the other parameters, which are
195         // set anew every frame.
196         void register_1d_texture(const std::string &key, float *values, size_t size);
197         void invalidate_1d_texture(const std::string &key);
198         
199 private:
200         struct Texture1D {
201                 float *values;
202                 size_t size;
203                 bool needs_update;
204                 GLuint texture_num;
205         };
206
207         std::map<std::string, int *> params_int;
208         std::map<std::string, float *> params_float;
209         std::map<std::string, float *> params_vec2;
210         std::map<std::string, float *> params_vec3;
211         std::map<std::string, Texture1D> params_tex_1d;
212 };
213
214 #endif // !defined(_EFFECT_H)