Metal片段着色器转Metal CoreImage内核：内置滤镜实现及采样器格式咨询

一、用CoreImage内置滤镜实现需求 #

你的需求是基于BT.709权重（0.2126、0.7152、0.0722为BT.709亮度系数）计算亮度，再按阈值替换颜色，完全可以通过内置滤镜组合实现，无需自定义内核：

步骤拆解 #

1. 生成亮度图
   使用CIColorMatrix滤镜，将RGB通道按BT.709权重转换为灰度值：

CIFilter *colorMatrix = [CIFilter filterWithName:@"CIColorMatrix"];
[colorMatrix setValue:inputImage forKey:kCIInputImageKey];
// 矩阵参数：[R通道系数, G通道系数, B通道系数, 0, 0,
//           R通道系数, G通道系数, B通道系数, 0, 0,
//           R通道系数, G通道系数, B通道系数, 0, 0,
//           0, 0, 0, 1, 0]
[colorMatrix setValue:[CIVector vectorWithValues:(CGFloat[]){0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
                                                             0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
                                                             0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
                                                             0, 0, 0, 1, 0} count:20] forKey:@"inputMatrix"];
CIImage *luminanceImage = colorMatrix.outputImage;

2. 创建阈值遮罩
   用CIColorThreshold分别生成高、低亮度区域的遮罩：

• 高亮度遮罩（亮度≥0.95）：

CIFilter *highThreshold = [CIFilter filterWithName:@"CIColorThreshold"];
[highThreshold setValue:luminanceImage forKey:kCIInputImageKey];
[highThreshold setValue:@0.95 forKey:@"inputThreshold"];
CIImage *highMask = highThreshold.outputImage;

• 低亮度遮罩（亮度≤0.05）：

CIFilter *lowThreshold = [CIFilter filterWithName:@"CIColorThreshold"];
[lowThreshold setValue:luminanceImage forKey:kCIInputImageKey];
[lowThreshold setValue:@0.05 forKey:@"inputThreshold"];
// 反转遮罩，保留阈值以下的区域
CIFilter *invertLow = [CIFilter filterWithName:@"CIColorInvert"];
[invertLow setValue:lowThreshold.outputImage forKey:kCIInputImageKey];
CIImage *lowMask = invertLow.outputImage;

3. 合成颜色替换效果
   用CIBlendWithMask将红、蓝色分别合成到原图对应区域：

• 生成纯色图并裁剪到原图尺寸：

CIImage *redImage = [CIImage imageWithColor:[CIColor colorWithRed:1 green:0 blue:0 alpha:1]];
redImage = [redImage imageByCroppingToRect:inputImage.extent];

CIImage *blueImage = [CIImage imageWithColor:[CIColor colorWithRed:0 green:0 blue:1 alpha:1]];
blueImage = [blueImage imageByCroppingToRect:inputImage.extent];

• 先合成红色区域：

CIFilter *blendRed = [CIFilter filterWithName:@"CIBlendWithMask"];
[blendRed setValue:inputImage forKey:kCIInputImageKey];
[blendRed setValue:redImage forKey:@"inputBackgroundImage"];
[blendRed setValue:highMask forKey:@"inputMaskImage"];
CIImage *tempImage = blendRed.outputImage;

• 再合成蓝色区域：

CIFilter *blendBlue = [CIFilter filterWithName:@"CIBlendWithMask"];
[blendBlue setValue:tempImage forKey:kCIInputImageKey];
[blendBlue setValue:blueImage forKey:@"inputBackgroundImage"];
[blendBlue setValue:lowMask forKey:@"inputMaskImage"];
CIImage *finalImage = blendBlue.outputImage;

如果要支持BT.2020色彩空间，只需把CIColorMatrix的权重换成BT.2020系数（0.2627, 0.6780, 0.0593）即可，其余步骤完全一致。

二、自定义CoreImage内核实现（若不用内置滤镜） #

如果需要自定义内核，对应的Metal代码如下：

#include <CoreImage/CoreImage.h>

kernel vec4 thresholdKernel(sampler inputImage) {
    vec2 coord = samplerCoord(inputImage);
    vec3 rgb = sample(inputImage, coord).rgb;
    vec3 weights = vec3(0.2126, 0.7152, 0.0722);
    float intensity = dot(rgb, weights);

    if (intensity >= 0.95) {
        rgb = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
    } else if (intensity <= 0.05) {
        rgb = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
    }

    return vec4(rgb, 1.0);
}

对比原片段着色器，CoreImage内核语法更简洁：无需顶点输入，直接用sampler类型参数，通过samplerCoord获取纹理坐标、sample函数采样。

三、关于CoreImage采样器的像素格式问题 #

CoreImage采样器并非仅支持RGB类格式，它支持包括单通道灰度格式（如kCIFormatR8、kCIFormatR16Half等）在内的多种像素格式。处理灰度图时，可直接将灰度CIImage传入自定义内核，采样后读取r通道即为亮度值，示例代码：

kernel vec4 grayThresholdKernel(sampler grayImage) {
    vec2 coord = samplerCoord(grayImage);
    float intensity = sample(grayImage, coord).r;

    vec3 rgb;
    if (intensity >= 0.95) {
        rgb = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
    } else if (intensity <= 0.05) {
        rgb = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
    } else {
        rgb = vec3(intensity); // 保留原灰度
    }

    return vec4(rgb, 1.0);
}

注意：用内置滤镜生成的灰度图默认是RGB格式（三通道值相同），若要得到单通道灰度图，需在创建CIContext时指定输出格式，或用CIColorMatrix合并通道后转换格式。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Deepak Sharma