已经过去的 2020 是一个不怎么顺遂的一年，出入公共场所都需要体温监测，而人流量密集的商场，一般会采用热成像技术来快速测量体温。那么今天我们就来说说如何让一张普通图片变成具有热成像的效果。

最终效果如下：

最终效果

从本文中你可以了解到：

发光的基本原理，如何给图片施加不同颜色的光

图片模糊的原理，如何用高斯模糊解决重影问题

colorRamp是什么？texture2D的一些高级用法，如何使用colorRamp改变图片的色彩风格

如何结合以上技术实现热成像效果

本文不再过多赘述webglAPI的使用。只关注片段着色器，下面给出最基本的一个着色器：

precision mediump float;/*变量申明*/varying vec2 uv; // 从顶点着色器传入的UV坐标uniform sampler2D u_texture0; // 全局变量，纹理1(就是空洞骑士的原图)uniform sampler2D u_texture1; // 全局变量，纹理2(后续我们要使用的ColorRamp)uniform float u_r; // 全局变量，ColorRamp中红通道权重uniform float u_g; // 全局变量，ColorRamp中绿通道权重uniform float u_b; // 全局变量，ColorRamp中蓝通道权重uniform float u_blurIntensity; // 全局变量，模糊强度uniform float u_negativeAmount; // 全局变量，负片程度uniform float u_colorRampIntensity; // 全局变量，ColorRamp光度强度uniform float u_glowAmount; // 全局变量，发光强度uniform vec3 u_glowColor; // 全局变量，发光颜色void main () {vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);gl_FragColor =color;}

在第一部分变量生命中中我们从web层传入了一系列变量，现在看可能有点云里雾里别着急，我们后面会逐个提到，在main函数中我们获取了纹理信息，并把图片呈现出来：

发光效果(Glow)

在GLSL中颜色用一个四维向量表示：

vec4 color = vec4(0,0,1.0,0.5,1.0);

四个分量分别表示RGBA是个通道

如果要取出比如rgb构成一个三维向量，可以简写成color.rgb

颜色值范围在[0,1]之间，对应web常用的颜色区间[0,255]

我们要介绍的第一个效果是发光，发光简单来说就是让图片变量。最原始的想法就是把颜色值变大：

void main () {vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);color *= 2.0;gl_FragColor =color;}

和我们期待的一样果然变量了：

但能否不仅仅想让图片发白光，而是可以发任意颜色的光？很自然地我们想到让color乘以另一个color：

....vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);color.rgb *= vec3(1.0,0.0,0.5); //这是洋红色....

图片的确如我们所想，画面变红了，但是却变暗了，这是由于在 vec3(1.0,0.0,0.5,); 的绿通道值为0，向量相乘后，原本图片中的绿通道信息全部丢失，变为0，(读者不妨验证一下变黑幅度大的区域，是否就是原来比较绿的区域)

为此我们需要使用加和而不是乘积的形式：

color.rgb += vec3(1.0,0.0,0.5)*color.rgb;

最后我们将颜色和强度替换成我们，传入的变量，发光的效果就实现了：

....vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);vec4 emission = color;emission.rgb *= u_glowAmount * u_glowColor;color.rgb += emission.rgb;color.rgb *= color.a;gl_FragColor =color;....

模糊(Blur)

接下来我们来讲第二种效果模糊，核心思路也很简单，如果一个像素点的颜色信息掺杂了周围点的颜色信息，那么图片就会模糊。

为此我们选择讲像素点上下左右四个点的信息融合：

.....void main () {vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);float step = 0.005; // 申明一个变量，控制像素偏移的步幅color += texture2D (u_texture0, uv+vec2(step,0.0)); // 正上方点color += texture2D (u_texture0, uv+vec2(-step,0.0)); // 正下方点color += texture2D (u_texture0, uv+vec2(0.0,step)); // 左侧点color += texture2D (u_texture0, uv+vec2(0.0,-step)); // 右侧点color /= 5.0; // 取平均.....

为了让效果更佳，我们引入权重体系，让原本的点在结果中贡献最大设权重为4，正方向的点权重为2，45度方向的点权重为1：

vec4 color = 4.0*texture2D (u_texture0, uv);float step = 0.005; // 申明一个变量，控制像素偏移的步幅color += 2.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(step,0.0)); // 正上方点color += 2.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(-step,0.0)); // 正下方点color += 2.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(0.0,step)); // 左侧点color += 2.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(0.0,-step)); // 右侧点color += 1.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(-step,-step)); // 第4象限点color += 1.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(step,-step)); // 第3象限点color += 1.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(-step,step)); // 第2象限点color += 1.0*texture2D (u_texture0, uv+vec2(step,step)); // 第1象限点color /= (4.0+4.0*2.0+4.0*1.0);        // 取平均

正当我们满心欢喜第把step改成我们传入的变量u_blurIntensity(控制模糊强度时)悲剧发生了：

这是因为我们虽然加上了权重，但点的影响值却没有随 step 的怎大而递减，举个例子：就是当步幅为 0.001 和 0.1 时正上方的点贡献都是 2(而实际上 0.001 要比 0.1 有更大的权重，因为它更接近原始点)。

所以当step增大时很明显就会出现重影。

为此我们参考高斯模糊，引入一个指数函数:

该函数随着传入的x的增大而减小，于是我们改造上述代码：

将取值点由3*3增加到了8*8；

采用递减的指数函数：exp(-(x * x)/(2.0* bhqp * bhqp));

控制了偏移的范围(float(iy - halfIterations)*0.00390625);

float Blur_Gauss (float bhqp, float x){return exp (-(x * x) / (2.0 * bhqp * bhqp));}vec4 Blur (vec2 uv, sampler2D source, float Intensity){const int iterations = 16; // 常量才可以进行for循环int halfIterations = iterations / 2;float sigmaX = 0.1 + Intensity * 0.5;float sigmaY = sigmaX;float total = 0.0;vec4 ret = vec4 (0., 0., 0., 0.);float step = 0.00390625;// 增多到8*8个点for (int iy = 0; iy < iterations; ++iy) {float fy = Blur_Gauss (sigmaY, float (iy - halfIterations));float offsety = float (iy - halfIterations) * step;for (int ix = 0; ix < iterations; ++ix) {float fx = Blur_Gauss (sigmaX, float (ix - halfIterations));float offsetx = float (ix - halfIterations) * step;total += fx * fy;vec4 a = texture2D (source, uv + vec2 (offsetx, offsety));a.rgb *= a.a;ret += a * fx * fy;}}return ret / total;}.....color = Blur (uv, u_texture0, u_blurIntensity);.....

负片(negative)

这个可能是本文最简单的一个效果，就是让图片呈现出负片的效果，代码如下：

color.rgb = abs(u_negativeAmount - color.rgb);

colorRamp

colorRamp 简单理解就是色卡，就是下面这种：

在进一步说明 colorRamp 前，我们先想想如何把图片变成黑白？

最直接的想法就是把R，G，B三个通道的颜色取平均：

......vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);float p = color.r+color.g+color.b;color.rgb = vec3(p/3.0);......

其实这件事也可以用ColorRamp实现，我们想找一个由黑到白的色表，传入着色器作为u_texture1。

纹理最左侧的点x坐标就是0，最右侧的点x坐标就是1，因此黑白效果的代码可以写成：

......vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);float p = color.r+color.g+color.b;color.rgb = texture2D (u_texture1, vec2 (p/3.0, .0)).rgb;......

这里浮点素P记录了原始图片(u_texture0)的信息，同时它制定了规则，输出的颜色是R，G，B三个通道值取平均的结果。

当然一个黑白效果不必如此大费周章，生产环境中ColorRamp更加缤纷，下面我们依旧使用(color.r+color.g+color.b)/3.0作为取色规则，来看看一些coloRamp的效果：

当然我们不会局限于一种规则，为此我们使用u_r,u_g,u_b分别控制红绿蓝三色通道权重：

......vec4 color = texture2D (u_texture0, uv);float p = dot(color.rgb,vec3(u_r,u_g,u_b));// 等同于color.r*u_r+color.g*u_g+color.b*u_bp += u_colorRampIntensity;// u_colorRampIntensity控制颜色统一向colorRamp的左/右侧移动color.rgb = texture2D (u_texture1, vec2 (p, .0)).rgb;......

我们一上图中第二种纹理为例，实现效果如下：

最总我们使用下面这个风格的colorRamp：

最后就是见证奇迹的是时刻了，我们把上面所过的效果合起来(发光=>colorRamp=>负片=>模糊)：

最终效果

当然这个 shader 也可用在真人身上，比如封面图。其中 blurIntensity 越大风格越卡通，大家可以自己实践一下。

最近很常用的一张表情包