GPUImage的图像形变设计（复杂形变部分)

在上一部分，我们介绍了两种简单形变的GPUImage实现方式，包括自定义FragmentShader，和自定义顶点数组。这一部分，我们将介绍更为复杂的一些图像形变的实现。

Part3：基于自定义vertices的局部图像形变设计

区别于Part2中的自定义vertices和fragment数组的简单图像形变，这里的自定义vertices数组不仅仅局限于图像4个顶点，而是可以任意指定的，从而可以达到对图像的局部区域进行细微的形变调整。这里，我们以调整用户的脸型，从而达到蛇精脸的效果为例，如下图所示：

对于用户图像的人脸区域，我们分隔成若干个三角形切片，然后通过调节这些三角形的顶点来实现形变。具体的做法是：

1） 得到原始三角形顶点位置（原始特征点，图中红色点）

2） 得到需要形变后的三角形顶点位置（形变特征点，图中蓝色点）

3） 通过设置vertices和textureCoordinates来调整三角形（vertices对应新地形变后特征点，textureCoordinates对应原图的原始特征点）

4） 通过OpenGL绘制相应的三角形，即得到形变后的图像

这里需要单独设置的内容相比简单形变要复杂一些，需要同时设置多组vertices和textureCoordinates，并且在绘制三角形时也应该绘制GL_TRIANGLES而非GL_TRIANGLE_STRIP，这是因为很难得到连续顶点的三角形数组。具体代码如下：

这里mVertex和mFragment都是nTriangles*3*2个值（nTriangle个三角形，每个三角形3个顶点，每个顶点2个float值）

另外需要注意的是三角形划分，必须保证一个固定不变的区域内所有面积都要有所覆盖，否则会形成空洞（对于上图的例子，需要在最外围设置一个正方形，保持正方形的4条边不动的情况下，调整正方形区域内的顶点，从而可以达到形变后的图像任然连续这一个结果）。

如上图所示，需要外框点保持不变，通过调节内部的0~98号点（内部点），来实现形变后的图像与原图保持连续。

Part4：基于网格形变的自定义vertices全局图像形变设计

对于Part3中的自定义顶点的方法来实现图像形变而言，需要确定三角形的具体分割，并且仅支持线性的位置调整，对于非线性的位置调整（比如大眼，越离眼睛中心形变越大）则支持能力较弱，这时候就需要使用这里的基于网格形变的自定义vertices全局图像形变方法来进行图像形变了。

这种方法的本质思想是：对于图片上的每一个像素，手动计算出该像素在新的图片中的位置，并且将该像素值填充至该位置。然而，单独计算每一个像素点的位置需要大量的计算资源，无法达到实时处理的性能，为此，通过对图片进行分块，每一块都是一个小三角形。通过对小三角形顶点的位置调整，来大致近似每一个点的位置移动，从而便于OpenGL进行渲染。具体的分块示意图如下所示：

从上图可以看出，当分块足够多时，变相相当于逐像素计算新的位置；而当位置足够少时（比如只有1*1的顶点），则退化为普通的顶点坐标变换。

那么，具体应该如何计算每一个点在新图像中的位置呢？这里给出常用的2种方法：

1） MLS方法：利用论文《Image Deformation Using Moving Least Squares》中的方法，当已知某些点在新图中的新位置之后（锚定点），对于每个像素点，可以依据该像素点与锚定点之间的关系，计算得到该像素点在新图像中的位置，从而达到形变的目的。下图是MLS算法的一个示例：

2） 基于规则的点位置计算：也是最传统的点计算方法。该方法通过设定一些具体的规则（比如，某个像素A的邻域内点往方向v移动x个像素，则对于任意一个像素点，判断它与A之间的关系，如果落在A的邻域内，则往v方向移动x个像素）。这些规则可以很简单（移动、扩大、收缩），也可以很复杂（按指定路径移动，非线性移动），从而可以组合出各种效果。比如Part3中的瘦脸，也可以对脸部轮廓的像素进行移动来实现近似的效果。具体的效果如下图所示，左边是原图，右边是每个网格点移动后形变产生的图片。

上面两种是比较常用的点移动方法。对于点位置的计算，可以放在CPU端进行，再将计算结果赋值给vertices数组，也可以直接传默认的vertices数组，将点位置的计算交给GPU来做。如果通过GPU来计算点的位置，可以获得GPU的并行加速能力，缺点是需要传输额外的数据给GPU（MLS算法需要传点的映射关系；规则方法需要传规则本身），因此各有优缺点。这里举例通过GPU来计算MLS算法中的点位置的变化：

小结：

GPUImage提供了很方便的接口供我们来对图像进行形变的操作。对于简单的形变，可以通过自定义vertices数组来实现，也可以通过改写FragmentShader来实现；对于复杂的形变，可以同时自定义vertices和textureCoordinates数组来通过自定义贴三角形的方式来实现，也可以通过将图像分割成网格状，再绘制每一个小三角形的方式来实现。

下面是各种方式的时间复杂度以及代码复杂度：（假设图像宽度w，高度h）

GPU受限：指传输到GPU的用于计算的数据太大，部分GPU可能无法支持