【鸿蒙开发实战篇】如何利用 3D渲染引擎实现高性能动态滤镜特效

大家好，我是 V 哥。今天我们来探索鸿蒙 6.0（API 21）中如何利用 3D 渲染引擎实现高性能动态滤镜特效。本文将通过完整案例，手把手教你从零构建一个实时变化的色彩滤镜，并实现动态参数交互。以下是实现效果的核心流程：

一、技术架构与依赖配置

动态滤镜核心链路 ：
UI 输入 → 3D 纹理绑定 → GLSL 着色器实时计算 → 渲染到屏幕/PixelMap

环境配置（module.json5）

json 复制代码

{
  "module": {
    "dependencies": {
      "@ohos.graphics.3d": "^1.0",       // 3D 引擎核心
      "@ohos.media.image": "^1.0",        // 图像处理
      "@ohos.sensor": "^1.0"              // 传感器驱动（动态参数）
    },
    "abilities": [
      {
        "name": "GLSurfaceViewAbility",   // 3D 渲染画布
        "srcEntry": "./ets/glsurface/GLSurfaceView.ets"
      }
    ]
  }
}

二、动态滤镜实现步骤（附完整代码）

步骤 1：创建 3D 渲染画布

typescript 复制代码

// GLSurfaceView.ets
import { GLSurfaceView, RenderingContext } from '@ohos.graphics.3d';
@Entry
@Component
struct FilterCanvas {
  private gl: WebGLRenderingContext | null = null;

  build() {
    GLSurfaceView({
      onSurfaceCreated: (gl: RenderingContext) => {
        this.gl = gl as WebGLRenderingContext;
        this.initShaders(); // 初始化着色器
      },
      onDrawFrame: () => {
        this.renderFrame(); // 逐帧渲染
      }
    }).width('100%').height('100%')
  }
}

步骤 2：编写动态着色器（GLSL）

顶点着色器（vert.glsl）

glsl 复制代码

attribute vec4 a_position; 
attribute vec2 a_texCoord;
varying vec2 v_texCoord;
void main() {
  gl_Position = a_position;
  v_texCoord = a_texCoord;
}

片段着色器（frag.glsl）关键动态逻辑

glsl 复制代码

precision mediump float;
uniform sampler2D u_texture;
uniform float u_time;       // 时间变量（用于动态变化）
uniform vec3 u_colorShift;  // 颜色偏移参数（可实时修改）
varying vec2 v_texCoord;

void main() {
  vec4 color = texture2D(u_texture, v_texCoord);
  // 动态滤镜公式：随时间正弦波动的色彩偏移
  color.rgb += u_colorShift * sin(u_time * 2.0); 
  gl_FragColor = color;
}

步骤 3：着色器编译与纹理绑定

typescript 复制代码

private initShaders() {
  const gl = this.gl!;
  // 编译着色器程序
  const program = gl.createProgram()!;
  gl.attachShader(program, this.loadShader(gl, gl.VERTEX_SHADER, vertSource));
  gl.attachShader(program, this.loadShader(gl, gl.FRAGMENT_SHADER, fragSource));
  gl.linkProgram(program);
  gl.useProgram(program);

  // 绑定图像纹理
  const texture = gl.createTexture()!;
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
  const pixelMap: image.PixelMap = ...; // 从相机/图片加载
  gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, pixelMap);

  // 获取动态参数句柄
  this.uTimeLoc = gl.getUniformLocation(program, "u_time");
  this.uColorShiftLoc = gl.getUniformLocation(program, "u_colorShift");
}

步骤 4：逐帧渲染与动态参数更新

typescript 复制代码

private renderFrame() {
  const gl = this.gl!;
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
  
  // 更新时间变量（实现动态效果）
  const now = Date.now() / 1000;
  gl.uniform1f(this.uTimeLoc, now);
  
  // 根据传感器数据更新颜色偏移（示例：陀螺仪控制）
  const sensor = sensor.getSensor(sensor.SensorType.SENSOR_TYPE_GYROSCOPE);
  sensor.on('change', (data) => {
    const shiftX = data.z * 0.1; // 陀螺仪Z轴影响红色通道
    gl.uniform3f(this.uColorShiftLoc, shiftX, 0.0, 0.0);
  });
  
  // 绘制
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
  gl.flush();
}

三、性能优化关键技巧

纹理复用机制

typescript 复制代码

// 避免每帧重新创建 PixelMap
const reuseTexture = (newPixelMap: image.PixelMap) => {
  gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
  gl.texSubImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, 0, 0, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, newPixelMap);
};

着色器预编译池

typescript 复制代码

// 提前编译常用滤镜着色器
const shaderCache = new Map<string, WebGLProgram>();

动态降级策略

typescript 复制代码

// 低端设备减少滤镜复杂度
if (device.gpuTier < 2) {
  gl.uniform3f(uColorShiftLoc, 0.05, 0.02, 0); // 减小计算量
}

四、扩展场景：滤镜输出与分享

将渲染结果保存为 PixelMap（接上期 Share Kit 分享）：

typescript 复制代码

const offscreenCanvas = new OffscreenCanvas(gl, width, height);
offscreenCanvas.bind();
gl.drawArrays(...);
const resultPixelMap = offscreenCanvas.createPixelMap();

// 调用上期分享方法
shareImage(await pixelMapToFile(resultPixelMap, "3d_filter_output"));

总结通过鸿蒙 6.0 的 3D 引擎实现动态滤镜需掌握：

GLSL 动态参数设计 ：uniform 变量驱动实时变化（如 u_time）
传感器联动：陀螺仪/光线传感器数据注入着色器
渲染管线优化：纹理复用、离屏渲染提升性能

我是 V 哥，下期将解析如何用 ArkUI 3D 组件实现滤镜实时预览编辑器。点击我的专栏，解锁更多鸿蒙开发硬核技巧！遇到 3D 渲染问题，欢迎在评论区交流～