]> git.sesse.net Git - movit/blob - effect_chain.h
Add a unit test for luma interpolation in YCbCr422InterleavedInput.
[movit] / effect_chain.h
1 #ifndef _MOVIT_EFFECT_CHAIN_H
2 #define _MOVIT_EFFECT_CHAIN_H 1
3
4 // An EffectChain is the largest basic entity in Movit; it contains everything
5 // needed to connects a series of effects, from inputs to outputs, and render
6 // them. Generally you set up your effect chain once and then call its render
7 // functions once per frame; setting one up can be relatively expensive,
8 // but rendering is fast.
9 //
10 // Threading considerations: EffectChain is “thread-compatible”; you can use
11 // different EffectChains in multiple threads at the same time (assuming the
12 // threads do not use the same OpenGL context, but this is a good idea anyway),
13 // but you may not use one EffectChain from multiple threads simultaneously.
14 // You _are_ allowed to use one EffectChain from multiple threads as long as
15 // you only use it from one at a time (possibly by doing your own locking),
16 // but if so, the threads' contexts need to be set up to share resources, since
17 // the EffectChain holds textures and other OpenGL objects that are tied to the
18 // context.
19 //
20 // Memory management (only relevant if you use multiple contexts):
21 // See corresponding comment in resource_pool.h. This holds even if you don't
22 // allocate your own ResourcePool, but let EffectChain hold its own.
23
24 #include <epoxy/gl.h>
25 #include <stdio.h>
26 #include <map>
27 #include <set>
28 #include <string>
29 #include <vector>
30
31 #include "image_format.h"
32
33 namespace movit {
34
35 class Effect;
36 class Input;
37 struct Phase;
38 class ResourcePool;
39
40 // For internal use within Node.
41 enum AlphaType {
42         ALPHA_INVALID = -1,
43         ALPHA_BLANK,
44         ALPHA_PREMULTIPLIED,
45         ALPHA_POSTMULTIPLIED,
46 };
47
48 // Whether you want pre- or postmultiplied alpha in the output
49 // (see effect.h for a discussion of pre- versus postmultiplied alpha).
50 enum OutputAlphaFormat {
51         OUTPUT_ALPHA_FORMAT_PREMULTIPLIED,
52         OUTPUT_ALPHA_FORMAT_POSTMULTIPLIED,
53 };
54
55 // A node in the graph; basically an effect and some associated information.
56 class Node {
57 public:
58         Effect *effect;
59         bool disabled;
60
61         // Edges in the graph (forward and backward).
62         std::vector<Node *> outgoing_links;
63         std::vector<Node *> incoming_links;
64
65 private:
66         // Logical size of the output of this effect, ie. the resolution
67         // you would get if you sampled it as a texture. If it is undefined
68         // (since the inputs differ in resolution), it will be 0x0.
69         // If both this and output_texture_{width,height} are set,
70         // they will be equal.
71         unsigned output_width, output_height;
72
73         // If the effect has is_single_texture(), or if the output went to RTT
74         // and that texture has been bound to a sampler, the sampler number
75         // will be stored here.
76         //
77         // TODO: Can an RTT texture be used as inputs to multiple effects
78         // within the same phase? If so, we have a problem with modifying
79         // sampler state here.
80         int bound_sampler_num;
81
82         // Used during the building of the effect chain.
83         Colorspace output_color_space;
84         GammaCurve output_gamma_curve;
85         AlphaType output_alpha_type;
86         bool needs_mipmaps;  // Directly or indirectly.
87
88         friend class EffectChain;
89 };
90
91 // A rendering phase; a single GLSL program rendering a single quad.
92 struct Phase {
93         Node *output_node;
94
95         GLuint glsl_program_num;  // Owned by the resource_pool.
96         bool input_needs_mipmaps;
97
98         // Inputs are only inputs from other phases (ie., those that come from RTT);
99         // input textures are counted as part of <effects>.
100         std::vector<Phase *> inputs;
101         std::vector<Node *> effects;  // In order.
102         unsigned output_width, output_height, virtual_output_width, virtual_output_height;
103
104         // Identifier used to create unique variables in GLSL.
105         // Unique per-phase to increase cacheability of compiled shaders.
106         std::map<Node *, std::string> effect_ids;
107 };
108
109 class EffectChain {
110 public:
111         // Aspect: e.g. 16.0f, 9.0f for 16:9.
112         // resource_pool is a pointer to a ResourcePool with which to share shaders
113         // and other resources (see resource_pool.h). If NULL (the default),
114         // will create its own that is not shared with anything else. Does not take
115         // ownership of the passed-in ResourcePool, but will naturally take ownership
116         // of its own internal one if created.
117         EffectChain(float aspect_nom, float aspect_denom, ResourcePool *resource_pool = NULL);
118         ~EffectChain();
119
120         // User API:
121         // input, effects, output, finalize need to come in that specific order.
122
123         // EffectChain takes ownership of the given input.
124         // input is returned back for convenience.
125         Input *add_input(Input *input);
126
127         // EffectChain takes ownership of the given effect.
128         // effect is returned back for convenience.
129         Effect *add_effect(Effect *effect) {
130                 return add_effect(effect, last_added_effect());
131         }
132         Effect *add_effect(Effect *effect, Effect *input) {
133                 std::vector<Effect *> inputs;
134                 inputs.push_back(input);
135                 return add_effect(effect, inputs);
136         }
137         Effect *add_effect(Effect *effect, Effect *input1, Effect *input2) {
138                 std::vector<Effect *> inputs;
139                 inputs.push_back(input1);
140                 inputs.push_back(input2);
141                 return add_effect(effect, inputs);
142         }
143         Effect *add_effect(Effect *effect, Effect *input1, Effect *input2, Effect *input3) {
144                 std::vector<Effect *> inputs;
145                 inputs.push_back(input1);
146                 inputs.push_back(input2);
147                 inputs.push_back(input3);
148                 return add_effect(effect, inputs);
149         }
150         Effect *add_effect(Effect *effect, const std::vector<Effect *> &inputs);
151
152         void add_output(const ImageFormat &format, OutputAlphaFormat alpha_format);
153
154         // Set number of output bits, to scale the dither.
155         // 8 is the right value for most outputs.
156         // The default, 0, is a special value that means no dither.
157         void set_dither_bits(unsigned num_bits)
158         {
159                 this->num_dither_bits = num_bits;
160         }
161
162         void finalize();
163
164
165         //void render(unsigned char *src, unsigned char *dst);
166         void render_to_screen()
167         {
168                 render_to_fbo(0, 0, 0);
169         }
170
171         // Render the effect chain to the given FBO. If width=height=0, keeps
172         // the current viewport.
173         void render_to_fbo(GLuint fbo, unsigned width, unsigned height);
174
175         Effect *last_added_effect() {
176                 if (nodes.empty()) {
177                         return NULL;
178                 } else {
179                         return nodes.back()->effect;
180                 }       
181         }
182
183         // API for manipulating the graph directly. Intended to be used from
184         // effects and by EffectChain itself.
185         //
186         // Note that for nodes with multiple inputs, the order of calls to
187         // connect_nodes() will matter.
188         Node *add_node(Effect *effect);
189         void connect_nodes(Node *sender, Node *receiver);
190         void replace_receiver(Node *old_receiver, Node *new_receiver);
191         void replace_sender(Node *new_sender, Node *receiver);
192         void insert_node_between(Node *sender, Node *middle, Node *receiver);
193         Node *find_node_for_effect(Effect *effect) { return node_map[effect]; }
194
195         // Get the OpenGL sampler (GL_TEXTURE0, GL_TEXTURE1, etc.) for the
196         // input of the given node, so that one can modify the sampler state
197         // directly. Only valid to call during set_gl_state().
198         //
199         // Also, for this to be allowed, <node>'s effect must have
200         // needs_texture_bounce() set, so that it samples directly from a
201         // single-sampler input, or from an RTT texture.
202         GLenum get_input_sampler(Node *node, unsigned input_num) const;
203
204         // Get the current resource pool assigned to this EffectChain.
205         // Primarily to let effects allocate textures as needed.
206         // Any resources you get from the pool must be returned to the pool
207         // no later than in the Effect's destructor.
208         ResourcePool *get_resource_pool() { return resource_pool; }
209
210 private:
211         // Make sure the output rectangle is at least large enough to hold
212         // the given input rectangle in both dimensions, and is of the
213         // current aspect ratio (aspect_nom/aspect_denom).
214         void size_rectangle_to_fit(unsigned width, unsigned height, unsigned *output_width, unsigned *output_height);
215
216         // Compute the input sizes for all inputs for all effects in a given phase,
217         // and inform the effects about the results.    
218         void inform_input_sizes(Phase *phase);
219
220         // Determine the preferred output size of a given phase.
221         // Requires that all input phases (if any) already have output sizes set.
222         void find_output_size(Phase *phase);
223
224         // Find all inputs eventually feeding into this effect that have
225         // output gamma different from GAMMA_LINEAR.
226         void find_all_nonlinear_inputs(Node *effect, std::vector<Node *> *nonlinear_inputs);
227
228         // Create a GLSL program computing the effects for this phase in order.
229         void compile_glsl_program(Phase *phase);
230
231         // Create all GLSL programs needed to compute the given effect, and all outputs
232         // that depend on it (whenever possible). Returns the phase that has <output>
233         // as the last effect. Also pushes all phases in order onto <phases>.
234         Phase *construct_phase(Node *output, std::map<Node *, Phase *> *completed_effects);
235
236         // Execute one phase, ie. set up all inputs, effects and outputs, and render the quad.
237         void execute_phase(Phase *phase, bool last_phase, std::map<Phase *, GLuint> *output_textures, std::set<Phase *> *generated_mipmaps);
238
239         // Set up the given sampler number for sampling from an RTT texture,
240         // and bind it to "tex_" plus the given GLSL variable.
241         void setup_rtt_sampler(GLuint glsl_program_num, int sampler_num, const std::string &effect_id, bool use_mipmaps);
242
243         // Output the current graph to the given file in a Graphviz-compatible format;
244         // only useful for debugging.
245         void output_dot(const char *filename);
246         std::vector<std::string> get_labels_for_edge(const Node *from, const Node *to);
247         void output_dot_edge(FILE *fp,
248                              const std::string &from_node_id,
249                              const std::string &to_node_id,
250                              const std::vector<std::string> &labels);
251
252         // Some of the graph algorithms assume that the nodes array is sorted
253         // topologically (inputs are always before outputs), but some operations
254         // (like graph rewriting) can change that. This function restores that order.
255         void sort_all_nodes_topologically();
256
257         // Do the actual topological sort. <nodes> must be a connected, acyclic subgraph;
258         // links that go to nodes not in the set will be ignored.
259         std::vector<Node *> topological_sort(const std::vector<Node *> &nodes);
260
261         // Utility function used by topological_sort() to do a depth-first search.
262         // The reason why we store nodes left to visit instead of a more conventional
263         // list of nodes to visit is that we want to be able to limit ourselves to
264         // a subgraph instead of all nodes. The set thus serves a dual purpose.
265         void topological_sort_visit_node(Node *node, std::set<Node *> *nodes_left_to_visit, std::vector<Node *> *sorted_list);
266
267         // Used during finalize().
268         void find_color_spaces_for_inputs();
269         void propagate_alpha();
270         void propagate_gamma_and_color_space();
271         Node *find_output_node();
272
273         bool node_needs_colorspace_fix(Node *node);
274         void fix_internal_color_spaces();
275         void fix_output_color_space();
276
277         bool node_needs_alpha_fix(Node *node);
278         void fix_internal_alpha(unsigned step);
279         void fix_output_alpha();
280
281         bool node_needs_gamma_fix(Node *node);
282         void fix_internal_gamma_by_asking_inputs(unsigned step);
283         void fix_internal_gamma_by_inserting_nodes(unsigned step);
284         void fix_output_gamma();
285         void add_dither_if_needed();
286
287         float aspect_nom, aspect_denom;
288         ImageFormat output_format;
289         OutputAlphaFormat output_alpha_format;
290
291         std::vector<Node *> nodes;
292         std::map<Effect *, Node *> node_map;
293         Effect *dither_effect;
294
295         std::vector<Input *> inputs;  // Also contained in nodes.
296         std::vector<Phase *> phases;
297
298         unsigned num_dither_bits;
299         bool finalized;
300
301         ResourcePool *resource_pool;
302         bool owns_resource_pool;
303 };
304
305 }  // namespace movit
306
307 #endif // !defined(_MOVIT_EFFECT_CHAIN_H)