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Document enable_if().
[nageru-docs] / theme.rst
1 The theme
2 =========
3
4 **NOTE**: Nageru 1.9.0 made significant improvements to themes
5 and how scenes work. If you use an older version, you may want
6 to look at `the 1.8.6 documentation <https://nageru.sesse.net/doc-1.8.6/>`_;
7 themes written for older versions still work without modification in
8 1.9.0, but are not documented here, and you are advised to change
9 to use the new interfaces, as they are equally powerful and much simpler
10 to work with.
11
12 In Nageru, most of the business logic around how your stream
13 ends up looking is governed by the **theme**, much like how a
14 theme works on a blog or a CMS. Most importantly, the theme
15 governs the look and feel through the different scenes and
16 transitions between them, such that an event gets a consistent
17 visual language even if the operators differ. Instead of requiring the user
18 to modify Nageru's C++ core, themes are written in
19 `Lua <https://www.lua.org/>`_, a lightweight scripting language
20 made for embedding.
21
22 Themes contain a lot of logic, and writing one can seem a bit
23 daunting at first. However, most events will be happy just tweaking
24 one of the themes included with Nageru, and the operator (if different
25 from the visual designer) will not need to worry at all.
26
27 Nageru ships with two themes, a default full-featured two-camera
28 setup with side-by-side for e.g. conferences, and a minimal one
29 that is easier for new users to understand.
30
31
32 Introduction to scenes
33 ----------------------
34
35 Anything that's shown on the stream, or on one of the preview displays,
36 is created by a **Movit chain**, instantiated by a Nageru **scene**.
37 `Movit <https://movit.sesse.net/>`_
38 is a library for high-quality, high-performance video filters,
39 and Nageru's themes can use a simplified version of Movit's API where
40 most of the low-level details are abstracted away.
41
42 Every frame, the theme chooses a **scene** and a set of parameters to it,
43 based on what it thinks the picture should look like. Every scene
44 consists of a set of *inputs* (which can be either live video streams
45 or static pictures) and then a set of operators or *effects* to combine
46 or modify each other. Movit compiles these down to a set of shaders
47 that run in high speed on the GPU; the theme doesn't see a pixel,
48 and thus, Lua's performance (even though good for its language class,
49 especially if you use `LuaJIT <http://luajit.org/>`_) will not matter
50 much.
51
52
53 Basic scenes
54 ------------
55
56 The simplest possible scene takes only in an input and sends it on
57 to the display (the output of the last added node is always sent to
58 the screen, and in this case, that would be the input)::
59
60   local scene = Scene.new(16, 9)  -- Aspect ratio.
61   local input = scene:add_input()
62   input:display(0)  -- First input card. Can be changed whenever you want.
63   scene:finalize()
64
65 The live scene is always processed in full resolution (typically 720p)
66 and then scaled down for the GUI. Preview scenes are rendered in exactly
67 the resolution required, although of course, intermediate steps could be
68 bigger.
69
70
71 Setting parameters, and the get_scene entry point
72 -------------------------------------------------
73
74 Many effects support parameters that can vary per-frame. Imagine,
75 for instance, a theme where you want to supports two inputs and fading between
76 them. This means you will need a scene that produces two inputs and
77 produces a mix of them; Movit's *MixEffect* is exactly what you want here::
78
79   local scene = EffectChain.new(16, 9)
80
81   local input0 = scene:add_input()
82   input0:display(0)
83   local input1 = scene:add_input()
84   input1:display(1)
85
86   local mix_effect = scene:add_effect(MixEffect.new(), input0, input1)
87   scene:finalize()
88
89 Every frame, Movit will call your **get_scene** function, which has
90 this signature:
91
92   function get_scene(num, t, width, height, signals)
93
94 “width” and “height” are what you'd expect (the output resolution).
95 t contains the current stream time in seconds. “num” contains 0
96 for the live view, 1 for the preview view, and 2, 3, 4, … for each
97 of the individual stream previews. “signals“ contains a bit of
98 information about each input signal, like its current resolution
99 or frame rate.
100
101 get_scene in return should return a scene. However, before you do that,
102 you can set the parameters **strength_first** and **strength_second**
103 on it; for instance like this::
104
105   function get_scene(num, t, width, height, signals)
106     -- Assume num is 0 here; you will need to handle the other
107     -- cases, too.
108     local fade_progress = 0.0
109     if t >= 1.0 and t >= 2.0:  -- Between 1 and 2 seconds; do the fade.
110       fade_progress = t - 1.0
111     elseif t >= 2.0:
112       fade_progress = 1.0
113     end
114
115     mix_effect:set_float("strength_first", 1.0 - fade_progress)
116     mix_effect:set_float("strength_second", fade_progress)
117     return scene
118   end
119
120 Note that in the case where fade_progress is 0.0 or 1.0 (you are just
121 showing one of the inputs), you are wasting GPU power by using the
122 fade scene; you should just return a simpler one-input scene instead.
123
124 The get_scene function is the backbone of every Nageru theme.
125 As we shall see, however, it may end up dealing with a fair bit
126 of complexity as the theme grows.
127
128
129 Scene variants and effect alternatives
130 --------------------------------------
131
132 Setting up and finalizing a scene is relatively fast, but it still
133 takes a measurable amount of CPU time, since it needs to create an OpenGL
134 shader and have it optimized by the driver; 50–100 ms is not uncommon.
135 Given that 60 fps means each frame is 16.7 ms, you cannot create new scenes in
136 get_scene; every scene you could be using must be created at program start,
137 when your theme is initialized.
138
139 For any nontrivial theme, there are a lot of possible scenes. Let's
140 return to the case of the MixEffect scene from the previous section.
141 Now let us assume that we could deal with signals that come in at
142 1080p instead of the native 720p. In this case, we will want a high-quality
143 scaler before mixing; *ResampleEffect* provides one::
144
145   local scene = EffectChain.new(16, 9)
146
147   local input0 = scene:add_input()
148   input0:display(0)
149   local input0_scaled = scene:add_optional_effect(ResampleEffect.new())  -- Implicitly uses input0.
150   scene_or_input.resample_effect:set_int("width", 1280)  -- Could also be set in get_scene().
151   scene_or_input.resample_effect:set_int("height", 720)
152   input0_scaled:enable()  -- Enable or disable as needed.
153
154   local input1 = scene:add_input()
155   input1:display(1)
156   local input1_scaled = ... -- Similarly here and the rest.
157
158   input1_scaled:enable_if(some_variable)  -- Convenience form for enable() or disable() depending on some_variable.
159
160   -- The rest is unchanged.
161
162 Clearly, there are four options here; both inputs could be unscaled,
163 input0 could be scaled but not input1, input1 could be scaled but not input0,
164 or both could be scaled. That means four scenes. However, you don't need to
165 care about this; behind the scenes (no pun intended), Nageru will make all
166 four versions for you and choose the right one as you call enable() or
167 disable() on each effect.
168
169 Beyond simple on/off switches, an effect can have many *alternatives*,
170 by giving in an array of effects. For instance, it is usually pointless to use
171 the high-quality resampling provided by ResampleEffect for the on-screen
172 outputs; we can use *ResizeEffect* (a simpler scaling algorithm provided
173 directly by the GPU) that instead. The scaling is set up like this::
174
175   local input0 = scene:add_input()
176   input0:display(0)
177   local input0_scaled = scene:add_effect({ResampleEffect.new(), ResizeEffect.new()})  -- Implicitly uses input0.
178   scene_or_input.resample_effect:set_int("width", 1280)  -- Just like before.
179   scene_or_input.resample_effect:set_int("height", 720)
180
181   -- Pick one in get_scene() like this:
182   input0_scaled:choose(ResizeEffect)
183
184   -- Or by numerical index:
185   input0_scaled:choose(1)  -- Chooses ResizeEffect
186
187 Note that add_effect returns its input for convenience.
188
189 Actually, add_optional_effect() is just a wrapper around add_effect() with
190 IdentityEffect as the other alternative, and disable() is a convenience version of
191 choose(IdentityEffect).
192
193 Actually, more versions are created than you'd immediately expect.
194 In particular, the output format for the live output and all previews are
195 different (Y'CbCr versus RGBA), which is also handled transparently for you.
196 Also, the inputs could be interlaced, or they could be images, or videos (see
197 :ref:`images` and :doc:`video`), creating many more options. Again, you
198 generally don't need to care about this; Movit will make sure each and every of
199 those generated scenes runs optimally on your GPU. However, if the
200 combinatorial explosion increases startup time beyond what you are comfortable
201 with, see :ref:`locking`.
202
203
204 Transitions
205 -----------
206
207 As we have seen, the theme is king when it determines what to show
208 on screen. However, ultimately, it wants to delegate that power
209 to the operator. The abstraction presented from the theme to the user
210 is in the form of **transitions**. Every frame, Nageru calls the
211 following Lua entry point::
212
213   function get_transitions(t)
214
215 (t is again the stream time, but it is provided only for convenience;
216 not all themes would want to use it.) get_transitions must return an array of
217 (currently exactly) three strings, of which any can be blank. These three
218 strings are used as labels on one button each, and whenever the operator clicks
219 one of them, Nageru calls this function in the theme::
220
221   function transition_clicked(num, t)
222
223 where “num” is 0, 1 or 2, and t is again the theme time.
224
225 It is expected that the theme will use this and its internal state
226 to provide the abstraction (or perhaps illusion) of transitions to
227 the user. For instance, a theme will know that the live stream is
228 currently showing input 0 and the preview stream is showing input 1.
229 In this case, it can use two of the buttons to offer “Cut“ or “Fade”
230 transitions to the user. If the user clicks the cut button, the theme
231 can simply switch input and previews, which will take immediate
232 effect on the next frame. However, if the user clicks the fade button,
233 state will need to be set up so that next time get_scene() runs,
234 it will return the scene with the MixEffect, until it determines
235 the transition is over and changes back to showing only one input
236 (presumably the new one).
237
238
239 .. _channels:
240
241 Channels
242 --------
243
244 In addition to the live and preview outputs, a theme can declare
245 as many individual **channels** as it wants. These are shown at the
246 bottom of the screen, and are intended for the operator to see
247 what they can put up on the preview (in a sense, a preview of the
248 preview).
249
250 The number of channels is determined by calling this function
251 once at the start of the program::
252
253   Nageru.set_num_channels(2)
254
255 0 is allowed, but doesn't make a lot of sense. Live and preview comes in
256 addition to this.
257
258 Each channel will have a label on it; you set it by calling::
259
260   Nageru.set_channel_name(2, "Side-by-side")
261
262 Here, channel is 2, 3, 4, etc.—by default, 0 is called “Live” and
263 1 is called “Preview”, and you probably don't need to change this.
264
265 Each channel has its own scene, starting from number 2 for the first one
266 (since 0 is live and 1 is preview). The simplest form is simply a direct copy
267 of an input, and most themes will include one such channel for each input.
268 (Below, we will see that there are more types of channels, however.)
269 Since the mapping between the channel UI element and inputs is so typical,
270 Nageru allows the theme to simply declare that a channel corresponds to
271 a given signal::
272
273   Nageru.set_channel_signal(2, 0)
274   Nageru.set_channel_signal(3, 1)
275
276 Here, channels 2 and 3 (the two first ones) correspond directly to inputs
277 0 and 1, respectively. The others don't, and return -1. The effect on the
278 UI is that the user can right-click on the channel and configure the input
279 that way; in fact, this is currently the only way to configure them.
280
281 Furthermore, channels can have a color, which is governed by Nageru calling
282 a function your theme::
283
284   function channel_color(channel)
285  
286 The theme should return a CSS color (e.g. “#ff0000”, or “cyan”) for each
287 channel when asked; it can vary from frame to frame. A typical use is to mark
288 the currently playing input as red, or the preview as green.
289
290 And finally, there are two entry points related to white balance::
291
292   Nageru.set_supports_wb(2, true)
293   function set_wb(channel, red, green, blue)
294
295 If the first function is called with a true value (at the start of the theme),
296 the channel will get a “Set WB” button next to it, which will activate a color
297 picker. When the user picks a color (ostensibly with a gray point), the second
298 function will be called (with the RGB values in linear light—not sRGB!),
299 and the theme can then use it to adjust the white balance for that channel.
300 The typical way to to this is to have a *WhiteBalanceEffect* on each input
301 and set its “neutral_color” parameter using the “set_vec3” function.
302
303
304 More complicated channels: Composites
305 -------------------------------------
306
307 Direct inputs are not the only kind of channels possible; again, any scene
308 can be output. The most common case is different kinds of **composites**,
309 typically showing side-by-side or something similar. The typical UI presented
310 to the user in this case is that you create a channel that consists of the
311 finished setup; you use ResampleEffect (or ResizeEffect for preview scenes),
312 *PaddingEffect* (to place the rectangles on the screen, one of them with a
313 transparent border) and then *OverlayEffect* (to get both on the screen at
314 the same time). Optionally, you can have a background image at the bottom,
315 and perhaps a logo at the top. This allows the operator to select a pre-made
316 composits, and then transition to and from it from a single camera view (or even
317 between different composites) as needed.
318
319 Transitions involving composites tend to be the most complicated parts of the theme
320 logic, but also make for the most distinct parts of your visual look.
321
322
323 .. _images:
324
325 Image inputs
326 ------------
327
328 In addition to video inputs, Nageru supports static **image inputs**.
329 These work pretty much the same way as live video inputs. Recall that
330 you chose what input to display like this::
331
332   input:display(0)
333
334 Image inputs are instead created by instantiating *ImageInput* and
335 displaying that::
336
337   bg = ImageInput.new("bg.jpeg")  -- Once, at the start of the program.
338   input:display(bg)  -- In get_scene().
339
340 All image types supported by FFmpeg are supported; if you give in a video,
341 only the first frame is used. The file is checked once every second,
342 so if you update the file on-disk, it will be available in Nageru without
343 a restart. (If the file contains an error, the update will be ignored.)
344 This allows you to e.g. have simple message overlays that you can change
345 without restarting Nageru.
346
347
348 .. _locking:
349
350 Locking alternatives
351 --------------------
352
353 In some cases, Nageru may be building in alternatives to a scene that you
354 don't really need, resulting in combinatorial explosion. (If the number of
355 instances is getting high, you will get a warning when finalizing the scene.)
356 For instance, in some cases, you know that a given transition scene will never
357 be used for previews, just live. In this case, you can replace the call to
358 scene:finalize() with::
359
360   scene:finalize(false)
361
362 In this case, you guarantee that the scene will never be returned when
363 get_scene() is called with the number 0. (Similarly, you can use true
364 to *only* use it for the live channel.)
365
366 Similarly, inputs can hold four different input types, but in some scenes,
367 you may always use them with a specific one, e.g. an image “bg_img”. In this case,
368 you may add the input with a specific type right away::
369
370   scene:add_input(bg_img)
371
372 Similarly, for a live input, you can do::
373
374   scene:add_input(0)
375
376 You can still use scene:display() to change the input, but it needs to be of
377 the same *type* as the one you gave to add_input().
378
379 Finally, you can specify that some effects only make sense together, reducing
380 the number of possibilities further. For instance, you may have an optional
381 crop effect followed by a resample, where the resample is only enabled if the
382 crop is. If so, you can do this::
383
384    resample_effect:always_disable_if_disabled(crop_effect)
385
386 For more advanced exclusions, you may choose to split up the scenes into several
387 distinct ones that you manage yourself; indeed, before Nageru 1.9.0, that was
388 the only option. At some point, however, you may choose to simply accept the
389 added startup time and a bit of extra RAM cost; ease of use and flexibility often
390 trumps such concerns.
391
392
393 .. _menus:
394
395 Theme menus
396 -----------
397
398 Complicated themes, especially those dealing with :doc:`HTML inputs <html>`,
399 may have needs for user control that go beyond those of transition buttons.
400 (An obvious example may be “reload the HTML file”.) For this reason,
401 themes can also set simple *theme menus*, which are always visible
402 no matter what inputs are chosen.
403
404 If a theme chooses to set a theme menu, it will be available on the
405 main menu bar under “Theme”; if not, it will be hidden. You can set
406 the menu at startup or at any other point, using a simple series of
407 labels and function references::
408
409   function modify_aspect()
410     -- Your code goes here.
411   end
412
413   function reload_html()
414     html_input:reload()
415   end
416
417   ThemeMenu.set(
418     { "Change &aspect", modify_aspect },
419     { "&Reload overlay", reload_html }
420   )
421
422 When the user chooses a menu entry, the given Lua function will
423 automatically be called. There are no arguments nor return values.
424
425 Menus can contain submenus, by giving an array instead of a function::
426
427   ThemeMenu.set(
428     { "Overlay", {
429        { "Version A", select_overlay_a },
430        { "Version B", select_overlay_b }
431     },
432     { "&Reload overlay", reload_html }
433   )
434
435 They can also be checkable, or have checkboxes, by adding a third
436 array element containing flags for that::
437
438   ThemeMenu.set(
439     { "Enable overlay",  enable_overlay,  Nageru.CHECKED },    -- Currently checked.
440     { "Enable crashing", make_unstable,   Nageru.CHECKABLE }   -- Can be checked, but isn't currently.
441   )
442
443 When such an option is selected, you probably want to rebuild the menu to
444 reflect the new state.
445
446 There currently is no support for input boxes, sliders,
447 or the likes. However, do note that since the theme is written in unrestricted
448 Lua, so you can use e.g. `lua-http <https://github.com/daurnimator/lua-http>`_
449 to listen for external connections and accept more complicated inputs
450 from those.