FFmpeg + OpenGL ES 实现 3D 全景播放器

FFmpeg + OpenGLES 实现 3D 全景播放器

FFmpeg 开发系列连载：

前文中，我们已经利用 FFmpeg + OpenGLES + OpenSLES 实现了一个多媒体播放器，本文将基于此播放器实现一个酷炫的 3D 全景播放器。

全景播放器原理

全景视频是由多台摄像机在一个位置同时向四面八方拍摄，最后经过后期拼接处理生成的。

普通播放器播放全景视频画面会扭曲变形

用普通的多媒体播放器播放全景视频，画面会呈现出严重的拉伸和扭曲变形。

全景播放器将视频画面渲染到球面上，相当于从球心去观察内部球面，观察到的画面 360 度无死角，这也就是市面上大多数“ VR 盒子”的实现原理。

FFmpeg + OpenGL ES 实现 3D 全景播放器

全景播放器将视频画面渲染到球面上

构建球面网格

全景播放器原理与普通播放器的本质区别在渲染图像部分，普通播放器只需将视频画面渲染到一个矩形平面上，而全景播放器需要将视频画面渲染到球面。

为实现全景播放器，我们只需要利用 OpenGL 构建一个球体，然后将 FFmpeg 解码的视频画面渲染到这个球体表面即可。

FFmpeg + OpenGL ES 实现 3D 全景播放器

球体网格

OpenGL ES 中所有 3D 物体均是由三角形构成的，构建一个球体只需要利用球坐标系中的经度角、维度角以及半径计算出球面点的三维坐标，最后这些坐标点构成一个个小矩形，每个矩形就可以分成 2 个三角形。

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球坐标系

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球坐标系

在球坐标系中，利用经度角、维度角和半径计算出球面点坐标公式如下：

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计算出球面点坐标公式

根据上述公式计算球面顶点坐标的代码实现, 其中 ANGLE_SPAN 为步长，RADIUS 为半径，RADIAN 用于弧度转换。

//构建顶点坐标for (float vAngle = 90; vAngle > -90; vAngle = vAngle - ANGLE_SPAN) {//垂直方向每隔 ANGLE_SPAN 度计算一次    for (float hAngle = 360; hAngle > 0; hAngle = hAngle - ANGLE_SPAN) {//水平方向每隔 ANGLE_SPAN 度计算一次        double xozLength = RADIUS * cos(RADIAN(vAngle));        float x1 = (float) (xozLength * cos(RADIAN(hAngle)));        float z1 = (float) (xozLength * sin(RADIAN(hAngle)));        float y1 = (float) (RADIUS * sin(RADIAN(vAngle)));        xozLength = RADIUS * cos(RADIAN(vAngle - ANGLE_SPAN));        float x2 = (float) (xozLength * cos(RADIAN(hAngle)));        float z2 = (float) (xozLength * sin(RADIAN(hAngle)));        float y2 = (float) (RADIUS * sin(RADIAN(vAngle - ANGLE_SPAN)));        xozLength = RADIUS * cos(RADIAN(vAngle - ANGLE_SPAN));        float x3 = (float) (xozLength * cos(RADIAN(hAngle - ANGLE_SPAN)));        float z3 = (float) (xozLength * sin(RADIAN(hAngle - ANGLE_SPAN)));        float y3 = (float) (RADIUS * sin(RADIAN(vAngle - ANGLE_SPAN)));        xozLength = RADIUS * cos(RADIAN(vAngle));        float x4 = (float) (xozLength * cos(RADIAN(hAngle - ANGLE_SPAN)));        float z4 = (float) (xozLength * sin(RADIAN(hAngle - ANGLE_SPAN)));        float y4 = (float) (RADIUS * sin(RADIAN(vAngle)));        //球面小矩形的四个点        vec3 v1(x1, y1, z1);        vec3 v2(x2, y2, z2);        vec3 v3(x3, y3, z3);        vec3 v4(x4, y4, z4);        //构建第一个三角形        m_VertexCoords.push_back(v1);        m_VertexCoords.push_back(v2);        m_VertexCoords.push_back(v4);        //构建第二个三角形        m_VertexCoords.push_back(v4);        m_VertexCoords.push_back(v2);        m_VertexCoords.push_back(v3);    }}

计算对应球面坐标的纹理坐标，实际上就是计算固定行和列的网格点。

//构建纹理坐标，球面展开后的矩形int width = 360 / ANGLE_SPAN;//列数int height = 180 / ANGLE_SPAN;//行数float dw = 1.0f / width;float dh = 1.0f / height;for (int i = 0; i < height; i++) {    for (int j = 0; j < width; j++) {        //每一个小矩形，由两个三角形构成，共六个点        float s = j * dw;        float t = i * dh;        vec2 v1(s, t);        vec2 v2(s, t + dh);        vec2 v3(s + dw, t + dh);        vec2 v4(s + dw, t);        //构建第一个三角形        m_TextureCoords.push_back(v1);        m_TextureCoords.push_back(v2);        m_TextureCoords.push_back(v4);        //构建第二个三角形        m_TextureCoords.push_back(v4);        m_TextureCoords.push_back(v2);        m_TextureCoords.push_back(v3);    }}

用 OpenGL 划线渲染球状网格，测试构建的球体是否准确。

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球状网格

渲染全景视频

计算好顶点坐标和纹理坐标后，剩下的就是简单的纹理映射（纹理贴图），不了解纹理映射的同学可以查看这篇文章纹理映射，篇幅有限，这里不展开讲述。

顶点坐标和纹理坐标初始化 VAO 。

// Generate VBO Ids and load the VBOs with dataglGenBuffers(2, m_VboIds);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vec3) * m_VertexCoords.size(), &m_VertexCoords[0], GL_STATIC_DRAW);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vec2) * m_TextureCoords.size(), &m_TextureCoords[0], GL_STATIC_DRAW);// Generate VAO IdglGenVertexArrays(1, &m_VaoId);glBindVertexArray(m_VaoId);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]);glEnableVertexAttribArray(0);glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(vec3), (const void *)0);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_NONE);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]);glEnableVertexAttribArray(1);glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(vec2), (const void *)0);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_NONE);glBindVertexArray(GL_NONE);

绘制视频画面。

// Use the program objectglUseProgram (m_ProgramObj);glBindVertexArray(m_VaoId);GLUtils::setMat4(m_ProgramObj, "u_MVPMatrix", m_MVPMatrix);//绑定纹理glActiveTexture(GL_TEXTURE0);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_TextureId);GLUtils::setFloat(m_ProgramObj, "s_TextureMap", 0);glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, m_VertexCoords.size());

先绘制普通视频，看看是啥样儿。

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