iOS：GPUImage 简介及滤镜
GPUImage 是一个开元的基于 GPU 的图片或视频的处理框架，其本身内置了多达 120 多种常见的滤镜效果，并且支持照相机和摄像机的实时滤镜，并且能够自定义图像滤镜。
美颜的基本概念
OpenGL ES： 开源嵌入式系统图形的处理框架，一套图形与硬件接口，创造了软件与图形加速间灵活强大的底层交互接口。用于把处理好的图片显示到屏幕上。
GPU： (图形处理单元)手机或者电脑用于图像处理和渲染的硬件。
GPU 工作原理： CPU 指定显示器工作，显示控制器根据 CPU 的控制到指定的地方去取数据和指令，目前的数据一般是从显存里取，如果显存里存不下，则从内存里取，内存也放不下，则从硬盘里取。
滤镜处理的原理： 就是把静态图片或者视频的每一帧进行图形变化后在显示到屏幕上，其本质就是像素点的坐标和颜色的变化。
OpenGL ES 程序处理图片的步骤：
- 初始化 OpenGL ES 环境，编译、链接顶点着色器和片元着色器。
- 缓存顶点、纹理坐标数据，传送图像数据到 GPU。
- 绘制图元到特定的帧缓存。
- 在帧缓存去除绘制的图像。
GPUImage 基本概念
GPUImage 是采用链式方法来处理画面，通过 addTarget 方法添加对象到链中，处理完一个 target，就会把上一个环节处理好的图像数据传递到下一个 target 处理，成为 GPUImage 处理链。
GPUImage 的四大输入基础类，都可以作为响应链的起点，这些基础类会把图像作为纹理传给 OpenGL ES 处理，然后把纹理传递给响应链的下一个 target 对象。
GPUImage 的处理环节
source(视频，图片源) —> filter(滤镜) —> final target(处理后的视频、图片)
source:
GPUImageVideoCamera 摄像头——用于实时拍摄视频
GPUImageStillCamera 摄像头——用于实时拍摄照片
GPUImagePicture 用于处理已经拍摄好的图片
GPUImageMovie 用于处理已经拍摄好的视频
filter
GPUImageFilter: 就是用来接收源图像，通过自定义的顶点，片元着色器来渲染新的图像，并在绘制完成后通知响应链的下一个对象。
GPUImageFramebuffer: 就是用来管理纹理缓存的格式与读写帧缓存的 buffer。
GPUImage 的 filter： GPUImageFilter 类或者子类，这个类继承自 GPUImageOutput，遵循 GPUImageInput 协议，既可以流进数据，又可以流出 GPUImage 的 final target：GPUImageView，GPUImageMovieWriter 最终输入目标，显示图片或者视频。
解析
GPUImageVideoCamera
GPUImageVideoCamera 是 GPUImageOutput 的子类，提供来自摄像头的图像数据作为源数据，一般是响应链的源头。
1.视频图像采集：AVCaptureSession
GPUImage 使用 AVFoundation 框架来获取视频。AVCaptureSession 类从 AV 输入设备的采集数据到指定的输出。
2.颜色空间：YUV
YUV 是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法。采用 YUV 色彩空间的重要性是它的亮度信号 Y 和色度信号 U、V 是分离的。如果只有 Y 信号分量而没有 U、V 分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像，彩色电视采用 YUV 空间正是为了用亮度信号 Y 解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色电视信号。
YUV 主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后相容老式黑白电视。与 RGB 视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的频宽。
GPUImage 中的 YUV
*GLProgram yuvConversionProgram： 将 YUV 颜色空间转换成 RGB 颜色空间的 GLSL。
CVPixelBufferGetPlaneCount： 返回缓冲区的平面数。
CVOpenGLESTextureCacheCreateTextureFromImage()：
创建两个纹理 luminanceTextureRef(亮度纹理) 和 chrominanceTextureRef(色度纹理)。
convertYUVToRGBOutput()： 把 YUV 颜色空间的纹理转换成 RGB 颜色空间的纹理。
顶点着色器-通用 kGPUImageVertexShaderString
片元着色器：
- kGPUImageYUVFullRangeConversionForLAFragmentShaderString
kGPUImageYUVVideoRangeConversionForLAFragmentShaderString
纹理绘制
- glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
- glGenTextures(1, &_texture);
- glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _texture);
GPUImageView 是响应链的终点，用于显示 GPUImage 图像
1.填充模式
GPUImageFillModeType： fillMode 图像的填充模式。
sizeInPixels： 像素区域的大小
recalculateViewGeometry： 重新计算图像顶点位置数据
AVMakeRectWithAspectRatioInsideRece： 在保证宽高比不变的前提下，得到一个尽可能大的矩形。
如果是 kGPUImageFillModeStretch
图像拉伸，直接使宽高等于 1.0 即可，原图像会直接铺满整个屏幕。
如果是 kGPUImageFillModePreserveAspectRatio
保持原宽高比，并且图像不超过屏幕。以当前屏幕大小为准。
widthScaling = insetRect.size.width / currentViewSize.width;
如果是 kGPUImageFillModePreserveAspectRatioAndFill
保持原宽高比，并且图像要铺满整个屏幕。以图像大小为准。
widthScaling = currentViewSize.height / insetRect.size.height;
imageVertices： 存放着顶点数据，上面的修改都会存放在这个数组。
2、OpenGL ES 绘制
- (void)newFrameReadyAtTime:(CMTime)frameTime atIndex:(NSInteger)textureIndex;
- 源图像已经准备好，开始绘制。
setDisplayFramebuffer() 会绑定 GPUImageView 的帧缓存，同时调试视图大小为 view 的大小。
glActiveTexture 上面已经介绍过，是选择一个纹理单元。先选择纹理单元 4，然后把源图像数据绑定到 GL_TEXTURE_2D 的位置上。最后告诉片元着色器，纹理单元是 4。
glActiveTexture(GL_TEXTURE4);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, [inputFramebufferForDisplay texture]);
glUniform1i(displayInputTextureUniform, 4);
这两行是分别绑定顶点坐标数据和纹理坐标数据。
glVertexAttribPointer(displayPositionAttribute, 2, GL_FLOAT, 0, 0, imageVertices);
glVertexAttribPointer(displayTextureCoordinateAttribute, 2, GL_FLOAT, 0, 0, [GPUImageView textureCoordinatesForRotation:inputRotation]);
这两行是设定输入的源图像数据缓存，并且对缓存加锁。
inputFramebufferForDisplay = newInputFramebuffer;
[inputFramebufferForDisplay lock];
在准备好着色器、纹理 data、顶点位置坐标和纹理坐标后，就可以调用
glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4); 绘制图像。
滤镜
#pragma mark - 调整颜色 Handle Color
#import "GPUImageBrightnessFilter.h" //亮度
#import "GPUImageExposureFilter.h" //曝光
#import "GPUImageContrastFilter.h" //对比度
#import "GPUImageSaturationFilter.h" //饱和度
#import "GPUImageGammaFilter.h" //伽马线
#import "GPUImageColorInvertFilter.h" //反色
#import "GPUImageSepiaFilter.h" //褐色（怀旧）
#import "GPUImageLevelsFilter.h" //色阶
#import "GPUImageGrayscaleFilter.h" //灰度
#import "GPUImageHistogramFilter.h" //色彩直方图，显示在图片上
#import "GPUImageHistogramGenerator.h" //色彩直方图
#import "GPUImageRGBFilter.h" //RGB
#import "GPUImageToneCurveFilter.h" //色调曲线
#import "GPUImageMonochromeFilter.h" //单色
#import "GPUImageOpacityFilter.h" //不透明度
#import "GPUImageHighlightShadowFilter.h" //提亮阴影
#import "GPUImageFalseColorFilter.h" //色彩替换（替换亮部和暗部色彩）
#import "GPUImageHueFilter.h" //色度
#import "GPUImageChromaKeyFilter.h" //色度键
#import "GPUImageWhiteBalanceFilter.h" //白平横
#import "GPUImageAverageColor.h" //像素平均色值
#import "GPUImageSolidColorGenerator.h" //纯色
#import "GPUImageLuminosity.h" //亮度平均
#import "GPUImageAverageLuminanceThresholdFilter.h" //像素色值亮度平均，图像黑白（有类似漫画效果）
#import "GPUImageLookupFilter.h" //lookup 色彩调整
#import "GPUImageAmatorkaFilter.h" //Amatorka lookup
#import "GPUImageMissEtikateFilter.h" //MissEtikate lookup
#import "GPUImageSoftEleganceFilter.h" //SoftElegance lookup
#pragma mark - 图像处理 Handle Image
#import "GPUImageCrosshairGenerator.h" //十字
#import "GPUImageLineGenerator.h" //线条
#import "GPUImageTransformFilter.h" //形状变化
#import "GPUImageCropFilter.h" //剪裁
#import "GPUImageSharpenFilter.h" //锐化
#import "GPUImageUnsharpMaskFilter.h" //反遮罩锐化
#import "GPUImageFastBlurFilter.h" //模糊
#import "GPUImageGaussianBlurFilter.h" //高斯模糊
#import "GPUImageGaussianSelectiveBlurFilter.h" //高斯模糊，选择部分清晰
#import "GPUImageBoxBlurFilter.h" //盒状模糊
#import "GPUImageTiltShiftFilter.h" //条纹模糊，中间清晰，上下两端模糊
#import "GPUImageMedianFilter.h" //中间值，有种稍微模糊边缘的效果
#import "GPUImageBilateralFilter.h" //双边模糊
#import "GPUImageErosionFilter.h" //侵蚀边缘模糊，变黑白
#import "GPUImageRGBErosionFilter.h" //RGB侵蚀边缘模糊，有色彩
#import "GPUImageDilationFilter.h" //扩展边缘模糊，变黑白
#import "GPUImageRGBDilationFilter.h" //RGB扩展边缘模糊，有色彩
#import "GPUImageOpeningFilter.h" //黑白色调模糊
#import "GPUImageRGBOpeningFilter.h" //彩色模糊
#import "GPUImageClosingFilter.h" //黑白色调模糊，暗色会被提亮
#import "GPUImageRGBClosingFilter.h" //彩色模糊，暗色会被提亮
#import "GPUImageLanczosResamplingFilter.h" //Lanczos重取样，模糊效果
#import "GPUImageNonMaximumSuppressionFilter.h" //非最大抑制，只显示亮度最高的像素，其他为黑
#import "GPUImageThresholdedNonMaximumSuppressionFilter.h" //与上相比，像素丢失更多
#import "GPUImageSobelEdgeDetectionFilter.h" //Sobel边缘检测算法(白边，黑内容，有点漫画的反色效果)
#import "GPUImageCannyEdgeDetectionFilter.h" //Canny边缘检测算法（比上更强烈的黑白对比度）
#import "GPUImageThresholdEdgeDetectionFilter.h" //阈值边缘检测（效果与上差别不大）
#import "GPUImagePrewittEdgeDetectionFilter.h" //普瑞维特(Prewitt)边缘检测(效果与Sobel差不多，貌似更平滑)
#import "GPUImageXYDerivativeFilter.h" //XYDerivative边缘检测，画面以蓝色为主，绿色为边缘，带彩色
#import "GPUImageHarrisCornerDetectionFilter.h" //Harris角点检测，会有绿色小十字显示在图片角点处
#import "GPUImageNobleCornerDetectionFilter.h" //Noble角点检测，检测点更多
#import "GPUImageShiTomasiFeatureDetectionFilter.h" //ShiTomasi角点检测，与上差别不大
#import "GPUImageMotionDetector.h" //动作检测
#import "GPUImageHoughTransformLineDetector.h" //线条检测
#import "GPUImageParallelCoordinateLineTransformFilter.h" //平行线检测
#import "GPUImageLocalBinaryPatternFilter.h" //图像黑白化，并有大量噪点
#import "GPUImageLowPassFilter.h" //用于图像加亮
#import "GPUImageHighPassFilter.h" //图像低于某值时显示为黑
#pragma mark - 视觉效果 Visual Effect
#import "GPUImageSketchFilter.h" //素描
#import "GPUImageThresholdSketchFilter.h" //阀值素描，形成有噪点的素描
#import "GPUImageToonFilter.h" //卡通效果（黑色粗线描边）
#import "GPUImageSmoothToonFilter.h" //相比上面的效果更细腻，上面是粗旷的画风
#import "GPUImageKuwaharaFilter.h" //桑原(Kuwahara)滤波,水粉画的模糊效果；处理时间比较长，慎用
#import "GPUImageMosaicFilter.h" //黑白马赛克
#import "GPUImagePixellateFilter.h" //像素化
#import "GPUImagePolarPixellateFilter.h" //同心圆像素化
#import "GPUImageCrosshatchFilter.h" //交叉线阴影，形成黑白网状画面
#import "GPUImageColorPackingFilter.h" //色彩丢失，模糊（类似监控摄像效果）
#import "GPUImageVignetteFilter.h" //晕影，形成黑色圆形边缘，突出中间图像的效果
#import "GPUImageSwirlFilter.h" //漩涡，中间形成卷曲的画面
#import "GPUImageBulgeDistortionFilter.h" //凸起失真，鱼眼效果
#import "GPUImagePinchDistortionFilter.h" //收缩失真，凹面镜
#import "GPUImageStretchDistortionFilter.h" //伸展失真，哈哈镜
#import "GPUImageGlassSphereFilter.h" //水晶球效果
#import "GPUImageSphereRefractionFilter.h" //球形折射，图形倒立
#import "GPUImagePosterizeFilter.h" //色调分离，形成噪点效果
#import "GPUImageCGAColorspaceFilter.h" //CGA色彩滤镜，形成黑、浅蓝、紫色块的画面
#import "GPUImagePerlinNoiseFilter.h" //柏林噪点，花边噪点
#import "GPUImage3x3ConvolutionFilter.h" //3x3卷积，高亮大色块变黑，加亮边缘、线条等
#import "GPUImageEmbossFilter.h" //浮雕效果，带有点3d的感觉
#import "GPUImagePolkaDotFilter.h" //像素圆点花样
#import "GPUImageHalftoneFilter.h" //点染,图像黑白化，由黑点构成原图的大致图形
#pragma mark - 混合模式 Blend
#import "GPUImageMultiplyBlendFilter.h" //通常用于创建阴影和深度效果
#import "GPUImageNormalBlendFilter.h" //正常
#import "GPUImageAlphaBlendFilter.h" //透明混合,通常用于在背景上应用前景的透明度
#import "GPUImageDissolveBlendFilter.h" //溶解
#import "GPUImageOverlayBlendFilter.h" //叠加,通常用于创建阴影效果
#import "GPUImageDarkenBlendFilter.h" //加深混合,通常用于重叠类型
#import "GPUImageLightenBlendFilter.h" //减淡混合,通常用于重叠类型
#import "GPUImageSourceOverBlendFilter.h" //源混合
#import "GPUImageColorBurnBlendFilter.h" //色彩加深混合
#import "GPUImageColorDodgeBlendFilter.h" //色彩减淡混合
#import "GPUImageScreenBlendFilter.h" //屏幕包裹,通常用于创建亮点和镜头眩光
#import "GPUImageExclusionBlendFilter.h" //排除混合
#import "GPUImageDifferenceBlendFilter.h" //差异混合,通常用于创建更多变动的颜色
#import "GPUImageSubtractBlendFilter.h" //差值混合,通常用于创建两个图像之间的动画变暗模糊效果
#import "GPUImageHardLightBlendFilter.h" //强光混合,通常用于创建阴影效果
#import "GPUImageSoftLightBlendFilter.h" //柔光混合
#import "GPUImageChromaKeyBlendFilter.h" //色度键混合
#import "GPUImageMaskFilter.h" //遮罩混合
#import "GPUImageHazeFilter.h" //朦胧加暗
#import "GPUImageLuminanceThresholdFilter.h" //亮度阈
#import "GPUImageAdaptiveThresholdFilter.h" //自适应阈值
#import "GPUImageAddBlendFilter.h" //通常用于创建两个图像之间的动画变亮模糊效果
#import "GPUImageDivideBlendFilter.h" //通常用于创建两个图像之间的动画变暗模糊效果