3D LUT 滤镜颜色映射原理剖析与JS实现

这篇文章发布于 2020年02月27日,星期四,00:08,归类于 JS相关。 阅读 2040 次, 今日 6 次 3 条评论

 

一、原理剖析

关于3D LUT滤镜及其相关知识可以参考我之前“用3D LUT滤镜电影级别调色工具”一文,重复内容不再赘述。

3D LUT实际上就是一个立体的颜色隐射表:

颜色坐标映射

常见的3D LUT滤镜文件与.cube或者.3dl都是把3D坐标二维化后的数据表现:

3D立方变成平面

其中,这个平面的构成是这样的,每一个方格子里面的蓝色是固定的,然后每个格子横坐标是红色,纵坐标是绿色。因此我们看下面的图:

色彩平面图

最左上角的格子因为蓝色全无,所以红色和绿色就很明显,而最右下角的那个格子,蓝色色值达到最大,因此整体看上去就非常的蓝。

上面这张图是一张64X64X64 数据量的LUT图,对于的是65*65*65的数据量的3D LUT滤镜文件。

下图是一个.cube文件的数据:

LUT数据点截图示意

每一行表示图上一个点的位置,按照从左往右,从上往下,逐点扫描。

知道了上面基本知识,关于颜色如何映射就比较容易理解一些了。

对于RGB颜色,每种颜色可以有256种取值,如果我们的3D LUT文件大小也是257*257*257的数据量,那么颜色映射非常简单,根据RGB找到对应的点的位置,换成那里的RGB值就可以了。

由于数据量相等,颜色一定是一一对应的,没有任何差错。

但是实际开发的时候,是不会有257*257*257的数据量的滤镜文件的,因为实在是太大了,至少48MB的空间,这么高的数据量在通常的软件设备中很难跑起来。

因此,实际开发的时候,3D LUT滤镜文件会通过降低采样的方式来减少数据量。

按照我个人的实际开发经验,以33*33*33和17*17*17这两个数据量为主。

这就造成一个问题。那就是我们的映射无法一一对应了,因为它是降低取样,这个时候,我们的RGB色值对应的位置往往是某个点的中间。

此时有两种处理方法:

  1. 取某个近似点的颜色,这个精度稍微差了一点,不过应该还行。。
  2. 根据前后两个颜色点的色值和偏差值,重新融合计算。

二、颜色映射原理详细说明

为了方便验证我们的效果,我们找一张纯色的图片,最爱的深天空蓝背景色。

深天空蓝的RGB色值是(0, 191, 255)

.cube滤镜中的数值范围都是0-1,因此,我们的RGB色值也要转换到这个范围(0, 0.7490196, 1):

范围0-1示意

下面该如何映射呢?

假设我们的Cube文件是17*17*17的,则该文件对应的色域平面应该是17*17*17,就是下面这么大(下图是真Cube滤镜生成的映射图):

色彩平面图

现在,我们的RGB色值依次转换下。

首先分别乘以16,得到:

(0, 11.9843136, 16)

其中:

  • B是16,也就是蓝色是16,这个好办了,正好是整数,因为17个色块,每一块四块蓝色都是固定的,很显然,蓝色的这个色块是最后一个。
  • G比较麻烦,因为11.9843136是小数,我们不妨先简单点来算取近似整数12,则表示最后一格纵向第13个点是我们的目标颜色。
  • 红色是0,因此水平第1个点。

我们算一下索引:

(17 * 17) * 16 + 12 * 17 + 1 = 4829

那我们的目标点应该是4829,

也映射的颜色值就是第4829行的颜色值,例如Candlelight.cube滤镜第4829行是(链接文件包含注释等信息,要多10行):

4828行颜色示意

颜色是(0.568627 0.639216 0.756863),乘以255,得到:(145, 163, 193)(计算结果全都是整数,不是刻意四舍五入)。

您可以狠狠地点击这里:天空蓝滤镜应用后变色demo

更复杂的颜色

上面使用的颜色是深天空蓝,其中R和B都是边缘色,所以比较简单,如果是更复杂的色值呢?

例如:RGB(99,131,200)

同样,变成小数再乘以16得到:(6.2117647, 8.2196, 12.5490196)

都是小数,当然我们也可以偷懒直接四舍五入,但是那样转换出来颜色就不是很精确(图像最终最多显示4913个颜色),如果我们想要严格要求自己,则可以试试根据前后取整,然后根据比例重新计算我们的色值。

例如:
蓝色12.5490196表示表示在第13块 17*17格子上但是,还多了0.5490196,也就是有21%的应该在第14块格子上;绿色8.2196也有21%在下面第10个的点上,6.2117647表示有21%的应该在后面第8个点上,怎么算呢?

此时,就有2的3次方8个点都与目标颜色有关联,如下图放到很大后示意:

格子点示意

上面框起来了就八个点就是和目标有关联的点。

每个点的色值都包含一定的权重,所以,最终的位置是一个不断累加的过程。

我们取到这八个点的色值,都是一位数组,每个数组代表对应那一行的cube数据,假设这8个点的数组分别是:

c1 c2
c3 c4

c5 c6
c7 c8

则最终的值是,下面示意的是红色:

((c1 * (1 - 0.2117647) +  c2 * 0.2117647) * (1 - 0.2196) + (c3 * (1 - 0.2117647) +  c4 * 0.2117647) * 0.2196) * (1 - 0.5490196) + ((c5 * (1 - 0.2117647) +  c6 * 2117647) * (1 - 0.2196) + (c7 * (1 - 0.2117647) +  c8 * 0.2117647) * 0.2196) * 0.5490196

这就是最终精准的色值了。

不要看上面写得那么长,上面的计算用循环进行累加代码其实很短的。

当然,你也可以套用上面长长的公式进行人肉书写。

三、JS实现cube滤镜转换

首先Ajax读取滤镜的数据,过滤没用的注释之类,知道滤镜的规格。

根据RGB色值找到对应的位置,如果要求不高直接取整,如果要求高,可以使用上面的这个公式进行精确转换。

知道了色值转换规律,就可以借助canvas实现最终的效果啦!

脑壳疼,JS代码我就不写了,大家自己根据原理写一下,如果基本功OK,很快就能写出来了。

以上~

(本篇完)

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发表评论(目前3 条评论)

  1. 代码如诗如画说道:

    最近访问博客打开速度超级慢,耗时二十多秒,成都电信的网络

  2. jackjsj说道:

    大神,请教您一个问题。
    对文字使用以下CSS样式来实现文字的渐变
    {
    background: linear-gradient(to right, #a6ffcb, #1fa2ff);
    -webkit-background-clip: text;
    color: transparent;
    }
    使用vue改变文字,页面上不会渲染,在控制台中查看DOM实际已经更新了。
    实际可以看下面的Demo
    https://codepen.io/yuyehack/pen/vYYaPwG

    我目前使用的chrome 78,确实一些老版本不存在这个问题。不知道大神是否有兴趣研究一下?哈哈

  3. jcomey说道:

    学习