iOS图像处理之UI,CG和CI

Posted 2023-05-04

参考技术A

UIImage虽然可以加载、显示各种格式的位图，甚至可以同时加载图片，接下来依次播放多张图片形成动画。但UIImage不能对图片进行缩放、旋转，不能"挖取"源图片的指定区域等，这些功能可借助Quartz 2D的CGImageRef来实现。UIImage与CGImageRef之间可以相互转换，CGImageRef并不是面向对象的API，也不是类，只是一个指针类型，Quartz 2D对CGImageRef的定义为：

CGImage和CGImageRef是用来重绘图形的类，它们在应用时是按照图像的像素矩阵来绘制图片的，它们可以用来处理bitmap。

系统会维护一个CGContextRef的栈，而UIGraphicsGetCurrentContext()会取栈顶的CGContextRef，正确的做法是只在drawRect里调用UIGraphicsGetCurrentContext()，因为在drawRect之前，系统会往栈里面压入一个valid的CGContextRef，除非自己去维护一个CGContextRef，否则不应该在其他地方取CGContextRef。

UIColor是UIKit中存储颜色信息的一个重要的类，一个UIColor对象包含了颜色和透明度的值，它的颜色空间已经针对ios进行了优化。UIColor包含了一些类方法用于创建一些最常见的颜色，如白色，黑色，红色，透明色等，这些颜色的色彩空间也不尽相同（白色和黑色是kCGColorSpaceDeviceGray，红色的色彩空间是kCGColorSpaceDeviceRGB）。UIColor有两个重要的属性：一个是CGColor，一个是CIColor(5.0之后添加)。

CGColor主要用于CoreGaphics框架之中，CGColor其实是个结构体，而我们通常在使用的CGColor的时候使用的是它的引用类型CGColorRef。CGColor主要由CGColorSapce和Color Components两个部分组成，同样的颜色组成，如果颜色空间不同的话，解析出来的结果可能会有所不同。这就像我们在处理图片数据的时候，如果把RGBA格式当成BGRA格式处理的结果可想而知。在Quartz 2D中CGColor常用来设置context的填充颜色，设置透明度等。

CIColor主要用于和Core Image框架中其他类交互，比如CIFilter，CIContext以及CIImage。CIColor中颜色值的范围是0.0-1.0之间，0.0代表该颜色分量为最小值，1.0代表改颜色分量为最大值。其中alpha值的范围也是0.0到1.0之间，0.0代表全透明，1.0代表完全不透明，CIColor的颜色分量通常都是没有乘以alpha值。可以使用initWithCGColor:函数，通过CGColor创建一个CIColor。其中传入的CGColorRef对象可以使任何任何颜色空间，但是Core Image框架会在传入filter kernel之前把所有的颜色空间转换到Core Image工作颜色空间。Core Image工作颜色空间使用三个颜色分量加上一个alpha分量组成(其实就是kCGColorSpaceDeviceRGB)。

UIColor的CGColor总是有效的，不管它是通过CGColor，CIColor，还是其他方法创建的，CGColor属性都总是有效的；但是CIColor属性就不总是有效的，只有当UIColor是通过CIColor创建的时候，它才是有效的，否则访问该属性将会抛出异常。

当UIColor使用CGColor初始化的时候，所有CGColorRef包含的信息，都会被原封不动的保留，其中就包括Color space，而且通过下面的小例子我们还可以看到如果使用CGColor初始化UIColor的时候，UIColor其实是直接保留了一份这个CGColorRef对象。

当使用CIColor来初始化一个UIColor的时候，再去访问UIColor的CGColor属性的时候，我们会发现 CGColor的color Space和设置CIColor的color space的是不完全一样的 ，在这个过程中CIColor会为我们做一个转换。使用kCGColorSpaceDeviceGray，kCGColorSpaceDeviceRGB，kCGColorSpaceDeviceCMYK三种颜色空间来初始化一个CIColor的时候，再去使用该CIColor去初始化一个UIColor，然后在去访问其CIColor属，CGColor属性，查看颜色空间并打印颜色信息。

通过运行程序，我们看出来，如果使用一个kCGColorSpaceDeviceGray的颜色空间的CGColor来初始化CIColor的时候，我们可以看到CIColor的色彩空间一直是kCGColorSpaceDeviceGray，通过访问UIColor的CIColor属性，我们可以看到其颜色空间仍然是kCGColorSpaceDeviceGray，但是当访问UIColor的CGColor属性的时候，通过打印可以发现其色彩空间已经转变成了kCGColorSpaceDeviceRGB空间了，而颜色值也正确的从原来的颜色空间转换到了新的颜色空间。

整个过程中CIColor，以及通过UIColor的CGColor和CIColor属性访问到的值，打印出来我们可以发现它们都是kCGColorSpaceDeviceRGB空间的。

当我们用一个CMYK颜色空间的CGColor来初始化CIColor的时候，CIColor的颜色空间依然是CMYK，但是颜色值已经转换成RGB的颜色值。当使用该CIColor创建一个UIColor的时候，我们再通过CIColor和CGColor属性打印信息的时候，我们会发现CIColor的色彩空间依然是CMYK，但是CGColor打印所得到的信息说明它已经被转换成RGB空间了。

关于创建一个CGColor
最常用的函数是CGColorCreate，该函数有两个参数：

该函数该返回一个新创建的CGColorRef，当我们不再使用该对象的时候使用CGColorRelease函数释放该对象。

获取CGColor的数据
在我们创建的时候传入两个重要的参数进去，当我们获取到了CGColorRef以后当然就可以拿到对应的ColorSpace以及Components。

第一个函数是获得CGColorRef的中包含的颜色组成部分的个数，第二个函数就是获取实际的颜色组成部分的数组。

判断两个颜色是否相等
不管UIColor使用CIColor，CGColor还是其他方式初始化的，其CGColor属性都是可用的。CoreGraphics中提供一个方法可以判断两个CGColor是否相等，因此我们可以通过判断两个UIColor是否相等。

例子中第一部分是判断两个白色的UIColor是否相等，虽然都是白色，但是颜色空间是不一样的。例子的第二部分简单的创建了两个RGB空间的UIColor，运行程序可以看出，这两种颜色是相同的。

CG之refract函数简单实现

CG的refract函数定义如下：

refract(I, N, eta)　　根据入射光线方向I，表面法向量N和折射相对系数eta，计算折射向量。如果对给定的eta，I和N之间的角度太大，返回(0,0,0)。只对三元向量有效。

 

它的一个简单实现如下：

1 float3 refract(float3 i, float3 n, float eta)
2 {
3     float cosi = dot(-i, n);
4     float cost2 = 1 - eta * eta * (1 - cosi * cosi);
5     float3 t = eta * i + n * (eta * cosi - sqrt(cost2));
6     return t * (float3)(cost2 > 0);
7 }

 

折射向量的求法如下：

 

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