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C#實現圖片自由變換 任意扭曲的演算法

之前想過要做個地鐵駕駛的遊戲,其中想把一些原本是矩形圖片弄成一個梯形,但是發現GID+上面沒有類似的方法。於是在谷歌谷了一下。沒有!只能找到令人垂涎的,並沒有原始碼。按照自己的想法嘗試了一兩天,有點效果,但實際上不是那樣。後來知道那個在數字影象處理中叫“透視變換”。於是上網找了相關資料,原理找了,看了不明白。程式碼沒多少,有ActionScript的,不明;有C的,不明。真笨啊!後來在CodeProject上面看到一份外國人的博文【http://www.codeproject.com/Articles/13201/Anti-Aliased-Image-Transformation-Aaform】,全英文看不太明白,但看了一幅圖,大概知道他意思了。下了份原始碼看看,C++的。好不容易翻譯成C#的(感覺還是保留了不少C++風格的東西),編譯通過,執行正常。後來才一步一步的閱讀程式碼。還沒全懂,先把懂的部分記錄下來。以後繼續研究繼續補充。

  先看看效果

 

  介面是仿照某個人(網上版本太多,找不到原作者)的弄出來的,介面不是重點,重點是演算法。下面就直接貼老外的那幅圖大致講講思想。

  首先是從原本圖片轉化成一幅理想化的目標圖片,那幅圖片只是理想化的,最終的圖片是最右邊的那幅。轉換的過程就是根據轉換後圖片的四個角計算出目標圖片的size,生成一個矩陣,就是那個Destination Image,然後把理想化的目標圖片覆蓋過去,把理想化圖片的每個“畫素格”(已經不是真正的畫素格了,因為經過了扭曲變形)跟那個矩陣對比,看看覆蓋了哪些格子,覆蓋的面積有多少,按百分比地把顏色累加到對應的格子上。實際上那個格子就相當於新圖片的畫素點了。按照矩陣生成最終的目標圖。

接著就介紹演算法裡面呼叫的方法層次

  把已經弄懂(並不代表完全懂的)的程式碼貼出來,首先是最外層的方法

複製程式碼
 1         public void CreateTransform(Bitmap src,ref Bitmap dst, List<double> xcorner, List<double> ycorner, Aaf_callback callbackfunc)
 2         {
 3             int right = 0, bottom = 0;
 4 
 5             //主要是根據新圖片的座標,計算出圖片的寬和高,構造目標圖片的Bitmap的
6 double offx = xcorner[0]; 7 double offy = ycorner[0]; 8 for (int i = 1; i < 4; i++) 9 { 10 if (xcorner[i] < offx) offx = xcorner[i]; 11 if (ycorner[i] < offy) offy = ycorner[i]; 12 } 13 14 for (int i = 0; i < 4; i++) 15 { 16 xcorner[i] -= offx; 17 ycorner[i] -= offy; 18 if (roundup(xcorner[i]) > right) right = roundup(xcorner[i]); 19 if (roundup(ycorner[i]) > bottom) bottom = roundup(ycorner[i]); 20 } 21 dst = new Bitmap(right, bottom); 22 Transform(src, dst, xcorner, ycorner, null); 23 }
複製程式碼

  上面這個方法只是定了目標圖片的尺寸,其餘什麼都沒做。下面這個方法還沒做多少轉換的事

複製程式碼
 1         private void Transform(Bitmap src,Bitmap dst, List<double> xcorner, List<double> ycorner, Aaf_callback callbackfunc)
 2         {
 3             //Make sure the coordinates are valid
 4             if (xcorner.Count != 4 || ycorner.Count != 4)
 5                 return ;
 6 
 7             //Load the src bitmaps information
 8 
 9             //create the intial arrays
10             //根據原圖片生成一個比原圖寬高多一個單位的圖片,
11             //這個矩陣就是用來記錄轉換後各個畫素點左上角的座標
12             pixelgrid = new AafPnt[(src.Width + 1) * (src.Height + 1)];
13             polyoverlap = new AafPnt[16];
14             polysorted = new AafPnt[16];
15             corners = new AafPnt[4];
16 
17             //Load the corners array
18             double[] dx = { 0.0, 1.0, 1.0, 0.0 };
19             double[] dy = { 0.0, 0.0, 1.0, 1.0 };
20             for (int i = 0; i < 4; i++)
21             {
22                 corners[i].x = dx[i];
23                 corners[i].y = dy[i];
24             }
25 
26             //Find the rectangle of dst to draw to
27             outstartx = rounddown(xcorner[0]);
28             outstarty = rounddown(ycorner[0]);
29             outwidth = 0;
30             outheight = 0;
31             //這裡計算出變換後起始點的座標
32             for (int i = 1; i < 4; i++)
33             {
34                 if (rounddown(xcorner[i]) < outstartx) outstartx = rounddown(xcorner[i]);
35                 if (rounddown(ycorner[i]) < outstarty) outstarty = rounddown(ycorner[i]);
36             }
37             for (int i = 0; i < 4; i++)
38             {
39                 if (roundup(xcorner[i] - outstartx) > outwidth) outwidth = roundup(xcorner[i] - outstartx);
40                 if (roundup(ycorner[i] - outstarty) > outheight) outheight = roundup(ycorner[i] - outstarty);
41             }
42 
43 
44             //fill out pixelgrid array
45             //計算出理想目標圖片中各個“畫素格”中的左上角的座標
46             if (CreateGrid(src, xcorner, ycorner))
47             {
48                 //Do the transformation
49                 //進行轉換
50                DoTransform(src,dst, callbackfunc);
51             }
52 
53             //Return if the function completed properly
54             return ;
55         }
複製程式碼

  下面這個方法則是計算出原影象中每個畫素點的左上角的點到目標影象中的座標,結果是存放在pixelgrid中,這個二維陣列的行和列都比原影象的寬高多1,這個關係我當初沒搞懂。用比較極限的思想,假設現在這幅圖片只有一個畫素組成,寬和高都是1,然後如果單純儲存一個左上角的座標,是無法組成一個四邊形的,這就需要把其他三個角的座標相應地記錄,這是儲存的陣列的行和列均要比原圖的寬和高多1,就是也就是一個2行2列的陣列能存放4個數值,剛好就容納了那一個畫素點的四個角的座標值。擴大到真實的圖片也同樣道理。不過這個方法我看不明白,貌似用到了向量的思想。大致是按照新圖片四條邊來計算的。

複製程式碼
 1         private bool CreateGrid(Bitmap src, List<double> xcorner, List<double> ycorner)
 2         {
 3             //mmm geometry
 4             double[] sideradius = new double[4];
 5             double[] sidecos = new double[4];
 6             double[] sidesin = new double[4];
 7 
 8             //First we find the radius, cos, and sin of each side of the polygon created by xcorner and ycorner
 9             int j;
10             for (int i = 0; i < 4; i++)
11             {
12                 j = ja[i];
13                 sideradius[i] = Math.Sqrt((xcorner[i] - xcorner[j]) * (xcorner[i] - xcorner[j]) + (ycorner[i] - ycorner[j]) * (ycorner[i] - ycorner[j]));
14                 sidecos[i] = (xcorner[j] - xcorner[i]) / sideradius[i];
15                 sidesin[i] = (ycorner[j] - ycorner[i]) / sideradius[i];
16             }
17 
18             //Next we create two lines in Ax + By = C form
19             for (int x = 0; x < src.Width + 1; x++)
20             {
21                 double topdist = ((double)x / (src.Width)) * sideradius[0];
22                 double ptxtop = xcorner[0] + topdist * sidecos[0];
23                 double ptytop = ycorner[0] + topdist * sidesin[0];
24 
25                 double botdist = (1.0 - (double)x / (src.Width)) * sideradius[2];
26                 double ptxbot = xcorner[2] + botdist * sidecos[2];
27                 double ptybot = ycorner[2] + botdist * sidesin[2];
28 
29                 double Ah = ptybot - ptytop;
30                 double Bh = ptxtop - ptxbot;
31                 double Ch = Ah * ptxtop + Bh * ptytop;//叉乘
32 
33                 for (int y = 0; y < src.Height + 1; y++)
34                 {
35                     double leftdist = (1.0 - (double)y / (src.Height)) * sideradius[3];
36                     double ptxleft = xcorner[3] + leftdist * sidecos[3];
37                     double ptyleft = ycorner[3] + leftdist * sidesin[3];
38 
39                     double rightdist = ((double)y / (src.Height)) * sideradius[1];
40                     double ptxright = xcorner[1] + rightdist * sidecos[1];
41                     double ptyright = ycorner[
            
           

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