Factorize the code to compute sampling points for bilinear sampling into a shared...
[movit] / colorspace_conversion_effect.cpp
index fe8119a..3f075d2 100644 (file)
@@ -1,9 +1,144 @@
+#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;
 
-ColorSpaceConversionEffect::ColorSpaceConversionEffect()
+// 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;
+
+// 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)
 {
        register_int("source_space", (int *)&source_space);
        register_int("destination_space", (int *)&destination_space);
 }
+
+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;
+
+       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;
+               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;
+               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;
+               break;
+       default:
+               assert(false);
+       }
+
+       // 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()
+{
+       // Create a matrix to convert from source space -> XYZ,
+       // another matrix to convert from XYZ -> destination space,
+       // and then concatenate the two.
+       //
+       // Since we right-multiply the RGB column vector, the matrix
+       // concatenation order needs to be the opposite of the operation order.
+       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");
+}