Factorize the code to compute sampling points for bilinear sampling into a shared...
[movit] / colorspace_conversion_effect.cpp
index 4f6bf61..3f075d2 100644 (file)
@@ -1,21 +1,26 @@
 #include <assert.h>
 
+#include <Eigen/LU>
+
 #include "colorspace_conversion_effect.h"
 #include "util.h"
 
+using namespace Eigen;
+
 // Color coordinates from Rec. 709; sRGB uses the same primaries.
 double rec709_x_R = 0.640,  rec709_x_G = 0.300,  rec709_x_B = 0.150;
 double rec709_y_R = 0.330,  rec709_y_G = 0.600,  rec709_y_B = 0.060;
-double rec709_Y_R = 0.2126, rec709_Y_G = 0.7152, rec709_Y_B = 0.0722;
 
 // Color coordinates from Rec. 601. (Separate for 525- and 625-line systems.)
 double rec601_525_x_R = 0.630, rec601_525_x_G = 0.310, rec601_525_x_B = 0.155;
 double rec601_525_y_R = 0.340, rec601_525_y_G = 0.595, rec601_525_y_B = 0.070;
 double rec601_625_x_R = 0.640, rec601_625_x_G = 0.290, rec601_625_x_B = 0.150;
 double rec601_625_y_R = 0.330, rec601_625_y_G = 0.600, rec601_625_y_B = 0.060;
-double rec601_Y_R = 0.299, rec601_Y_G = 0.587, rec601_Y_B = 0.114;
 
-ColorSpaceConversionEffect::ColorSpaceConversionEffect()
+// The D65 white point. Given in both Rec. 601 and 709.
+double d65_x = 0.3127, d65_y = 0.3290;
+
+ColorspaceConversionEffect::ColorspaceConversionEffect()
        : source_space(COLORSPACE_sRGB),
          destination_space(COLORSPACE_sRGB)
 {
@@ -23,49 +28,106 @@ ColorSpaceConversionEffect::ColorSpaceConversionEffect()
        register_int("destination_space", (int *)&destination_space);
 }
 
-void get_xyz_matrix(ColorSpace space, Matrix3x3 m)
+Matrix3d get_xyz_matrix(Colorspace space)
 {
+       if (space == COLORSPACE_XYZ) {
+               return Matrix3d::Identity();
+       }
+
        double x_R, x_G, x_B;
        double y_R, y_G, y_B;
-       double Y_R, Y_G, Y_B;
 
        switch (space) {
        case COLORSPACE_REC_709:  // And sRGB.
                x_R = rec709_x_R; x_G = rec709_x_G; x_B = rec709_x_B;
                y_R = rec709_y_R; y_G = rec709_y_G; y_B = rec709_y_B;
-               Y_R = rec709_Y_R; Y_G = rec709_Y_G; Y_B = rec709_Y_B;
                break;
        case COLORSPACE_REC_601_525:
                x_R = rec601_525_x_R; x_G = rec601_525_x_G; x_B = rec601_525_x_B;
                y_R = rec601_525_y_R; y_G = rec601_525_y_G; y_B = rec601_525_y_B;
-               Y_R = rec601_Y_R;     Y_G = rec601_Y_G;     Y_B = rec601_Y_B;
                break;
        case COLORSPACE_REC_601_625:
                x_R = rec601_625_x_R; x_G = rec601_625_x_G; x_B = rec601_625_x_B;
                y_R = rec601_625_y_R; y_G = rec601_625_y_G; y_B = rec601_625_y_B;
-               Y_R = rec601_Y_R;     Y_G = rec601_Y_G;     Y_B = rec601_Y_B;
                break;
        default:
                assert(false);
        }
 
-       // Convert xyY -> XYZ.
-       double X_R, X_G, X_B;
-       X_R = Y_R * x_R / y_R;
-       X_G = Y_G * x_G / y_G;
-       X_B = Y_B * x_B / y_B;
-       
-       double Z_R, Z_G, Z_B;
-       Z_R = Y_R * (1.0f - x_R - y_R) / y_R;
-       Z_G = Y_G * (1.0f - x_G - y_G) / y_G;
-       Z_B = Y_B * (1.0f - x_B - y_B) / y_B;
-
-       m[0] = X_R; m[3] = X_G; m[6] = X_B;
-       m[1] = Y_R; m[4] = Y_G; m[7] = Y_B;
-       m[2] = Z_R; m[5] = Z_G; m[8] = Z_B;
+       // Recover z = 1 - x - y.
+       double z_R = 1.0 - x_R - y_R;
+       double z_G = 1.0 - x_G - y_G;
+       double z_B = 1.0 - x_B - y_B;
+
+       // Find the XYZ coordinates of D65 (white point for both Rec. 601 and 709),
+       // normalized so that Y=1.
+       Vector3d d65_XYZ(
+               d65_x / d65_y,
+               1.0,
+               (1.0 - d65_x - d65_y) / d65_y
+       );
+
+       // We have, for each primary (example is with red):
+       //
+       //   X_R / (X_R + Y_R + Z_R) = x_R
+       //   Y_R / (X_R + Y_R + Z_R) = y_R
+       //   Z_R / (X_R + Y_R + Z_R) = z_R
+       //
+       // Some algebraic fiddling yields (unsurprisingly):
+       //
+       //   X_R = (x_R / y_R) Y_R
+       //   Z_R = (z_R / y_R) Y_R
+       //
+       // We also know that since RGB=(1,1,1) should give us the
+       // D65 illuminant, we must have
+       //
+       //   X_R + X_G + X_B = D65_X
+       //   Y_R + Y_G + Y_B = D65_Y
+       //   Z_R + Z_G + Z_B = D65_Z
+       //
+       // But since we already know how to express Y and Z by
+       // some constant multiple of X, this reduces to
+       //
+       //   k1 Y_R + k2 Y_G + k3 Y_B = D65_X
+       //      Y_R +    Y_G +    Y_B = D65_Y
+       //   k4 Y_R + k5 Y_G + k6 Y_B = D65_Z
+       //
+       // Which we can solve for (Y_R, Y_G, Y_B) by inverting a 3x3 matrix.
+
+       Matrix3d temp;
+       temp(0,0) = x_R / y_R;
+       temp(0,1) = x_G / y_G;
+       temp(0,2) = x_B / y_B;
+
+       temp(1,0) = 1.0;
+       temp(1,1) = 1.0;
+       temp(1,2) = 1.0;
+
+       temp(2,0) = z_R / y_R;
+       temp(2,1) = z_G / y_G;
+       temp(2,2) = z_B / y_B;
+
+       Vector3d Y_RGB = temp.inverse() * d65_XYZ;
+
+       // Now convert xyY -> XYZ.
+       double X_R = temp(0,0) * Y_RGB[0];
+       double Z_R = temp(2,0) * Y_RGB[0];
+
+       double X_G = temp(0,1) * Y_RGB[1];
+       double Z_G = temp(2,1) * Y_RGB[1];
+
+       double X_B = temp(0,2) * Y_RGB[2];
+       double Z_B = temp(2,2) * Y_RGB[2];
+
+       Matrix3d m;
+       m(0,0) = X_R;      m(0,1) = X_G;      m(0,2) = X_B;
+       m(1,0) = Y_RGB[0]; m(1,1) = Y_RGB[1]; m(1,2) = Y_RGB[2];
+       m(2,0) = Z_R;      m(2,1) = Z_G;      m(2,2) = Z_B;
+
+       return m;
 }
 
-std::string ColorSpaceConversionEffect::output_fragment_shader()
+std::string ColorspaceConversionEffect::output_fragment_shader()
 {
        // Create a matrix to convert from source space -> XYZ,
        // another matrix to convert from XYZ -> destination space,
@@ -73,26 +135,10 @@ std::string ColorSpaceConversionEffect::output_fragment_shader()
        //
        // Since we right-multiply the RGB column vector, the matrix
        // concatenation order needs to be the opposite of the operation order.
-       Matrix3x3 m;
-
-       Matrix3x3 source_space_to_xyz;
-       Matrix3x3 destination_space_to_xyz;
-       Matrix3x3 xyz_to_destination_space;
-
-       get_xyz_matrix(source_space, source_space_to_xyz);
-       get_xyz_matrix(destination_space, destination_space_to_xyz);
-       invert_3x3_matrix(destination_space_to_xyz, xyz_to_destination_space);
-       
-       multiply_3x3_matrices(xyz_to_destination_space, source_space_to_xyz, m);
-
-       char buf[1024];
-       sprintf(buf,
-               "const mat3 PREFIX(conversion_matrix) = mat3(\n"
-               "    %.8f, %.8f, %.8f,\n"
-               "    %.8f, %.8f, %.8f,\n"
-               "    %.8f, %.8f, %.8f);\n\n",
-               m[0], m[3], m[6],
-               m[1], m[4], m[7],
-               m[2], m[5], m[8]);
-       return buf + read_file("colorspace_conversion_effect.frag");
+       Matrix3d source_space_to_xyz = get_xyz_matrix(source_space);
+       Matrix3d xyz_to_destination_space = get_xyz_matrix(destination_space).inverse();
+       Matrix3d m = xyz_to_destination_space * source_space_to_xyz;
+
+       return output_glsl_mat3("PREFIX(conversion_matrix)", m) +
+               read_file("colorspace_conversion_effect.frag");
 }