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Windows的位图alpha混合技术

作者:郭同学 发表于 2011/12/16 13:34:25     评论(0)     阅读(5655)     
摘 要:本文介绍了在Windows环境下对位图的图像alpha混合技术,提供了alpha混合函数的实现方法,并对Windows API提供的alpha混合函数的使用进行了介绍。



关键词:Windows API,alpha混合,位图。



1 引言

在游戏、图像处理等程序中,经常会看到图像的淡入、淡出、两个或多个图像重叠显示、三维物体的光影效果等,这些特殊效果使用到的技术就是图像的混合技术,也叫图像的alpha混合。alpha混合是像素融合算法之一,就是按照“alpha”混合向量的值来混合源像素和目标像素,具体的说就是将源像素和目标像素加权相加的组合(混合)两个图像(源图像和目标图像)。源像素的权值通常被称为alpha值,目标像素的权值是(1?alpha),1是最大的颜色值。alpha混合是按颜色通道定义,而不是按位定义的。



2 alpha混合的实现

我们定义alpha为0时表示源像素完全透明,为1时表示完全不透明。假定我们用的是24位色或32位色位图,alpha混合的概念运算式为:

Dst.Red = Src.Red * alpha + (1-alpha) * Dst.Red ;

Dst.Green = Src.Green * alpha + (1-alpha) * Dst.Green;

Dst.Blue = Src.Blue * alpha + (1-alpha) * Dst.Blue ;

Dst.Alpha = Src.Alpha * alpha + (1-alpha) * Dst.Alpha;

根据这个公式我们可以编制alpha混合图像的函数:



// 24位位图的alpha混合. 要求源位图和目标位图大小相等,且像素格式都为24位

procedure AlphaBlend24(BitmapDest, BitmapSrc:TBitmap; Alpha:Byte);

var

pDest, pSrc : PByteArray;

X,Y :Integer;

Beta:Integer;

begin

Beta := 255 - Alpha;

for Y := 0 to BitmapDest.Height - 1 do

begin

pDest := BitmapDest.ScanLine[Y];

pSrc := BitmapSrc.ScanLine[Y];

for X := 0 to BitmapDest.Width - 1 do

begin

pDest[0]:= (pSrc[0] * Alpha + pDest[0] * Beta) div 255;

pDest[1]:= (pSrc[1] * Alpha + pDest[1] * Beta) div 255;

pDest[2]:= (pSrc[2] * Alpha + pDest[2] * Beta) div 255;

Inc(Longword(pDest) ,3); // 指向下一个像素

Inc(Longword(pSrc ) ,3);

end;

end;

end;



注意,代码中没有使用浮点数,只是将0到1的alpha值用0到255代替,这是Windows程序的通常做法。以上的代码只实现了24位位图的alpha混合,其它像素类型的alpha混合代码是相似的,所以这里不再给出。



3 、Windows API的AlphaBlend使用

由于图像的alpha混合技术使用非常广泛,所有图像处理引擎都支持这项操作,如OpenGL和DirectX等。但是这些图像处理引擎都是用来处理复杂图像,而且使用比较复杂,如果我们的程序不是用来处理复杂图像而只需要简单的alpha混合功能,那么使用上述图形引擎就显得没有必要了。实际上在Windows 98和Windows 2000中已经提供了实现alpha混合的API,就是AlphaBlend函数,这个函数是Windows 98和Windows 2000中GDI新加的功能,AlphaBlend函数声明如下:

BOOL AlphaBlend(

HDC hdcDest, int nXOriginDest, int nYOriginDest, int nWidthDest, int nHeightDest,

HDC hdcSrc, int nXOriginSrc, int nYOriginSrc, int nWidthSrc, int nHeightSrc,

BLENDFUNCTION blendFunction);



该API函数中使用了一个结构

typedef struct _BLENDFUNCTION

{

BYTE BlendOp;

BYTE BlendFlags;

BYTE SourceConstantAlpha;

BYTE AlphaFormat;

} BLENDFUNCTION;



AlphaBlend函数的原型看起来和StretchBlt函数非常像,头5个参数指明了目标设备上下文和以逻辑坐标定义的矩形。同样,随后的5个参数指明了源设备上下文和以逻辑坐标定义的源表面的矩形。对源设备上下文也有限制,即源矩形必须在源设备上下文内,源设备上下文不能有剪切和旋转。注意,用到源设备上下文使得AlphaBlend函数不能直接使用DIB(即设备无关位图)。

最后一个参数blendFunction是一个BLENDFUNCTION结构。BLENDFUNCTION结构控制源和目标位图的混合方式,它的BlendOp字段指明了源混合操作,但只支持AC_SRC_OVER,即根据源alpha值把源图像叠加到目标图像上。OpenGL的alpha混合还支持其他的方式,如常量颜色源。下一个字段BlendFalgs必须是0,也是为以后的应用保留的。最后一个字段AlphaFormat有两个选择:0表示常量alpha值,AC_SRC_ALPHA表示每个像素有各自的alpha通道。

如果AlphaFormat字段为0,源位图中的所有像素使用同样的常量alpha值,即SourceConstantAlpha字段中的值,该值实际上是0和255,而不是0和1。这里0表示完全透明,255表示完全不透明。目标像素以255-SourceConstantAlpha值作为alpha值。

如果AlphaFormat字段的值是AC_SRC_ALPHA,源设备表面的每个像素必须有各自的alpha通道。即,必须是32-bpp的物理设备上下文,或是选中了32-bpp DDB和DIB段的内存设备上下文。这些情况下,每个源像素有4个8位通道:红、绿、蓝和alpha。每个像素的alpha通道和SourceConstantAlpha字段一起用于把源和目标混合起来。实际用于计算的运算式如下:

Tmp.Red = Src.Red * SourceConstantAlpha / 255;

Tmp.Green = Src.Green * SourceConstantAlpha / 255;

Tmp.Blue = Src.Blue * SourceConstantAlpha / 255;

Tmp.Alpha = Src.Alpha * SourceConstantAlpha / 255;

Beta = 255 – Tmp.alpha;

Dst.Red = Tmp.Red + Round((Beta * Dst.Red )/255);

Dst.Green = Tmp.Green + Round((Beta * Dst.Green)/255);

Dst.Blue = Tmp.Blue + Round((Beta * Dst.Blue )/255);

Dst.Alpha = Tmp.Alpha + Round((Beta * Dst.Alpha)/255);



4 程序实例

下面演示AlphaBlend函数的使用,在Delphi 7中新建一工程,在Form1上放置三个Image控件和一个TrackBar控件,再加上一个Label控件和两个RadioButton控件。Image1中调入一个24位位图,Iamge2中调入另外一个24位位图,TrackBar1的Min属性设为0,Max属性设为255,窗体如图1。



图1 窗体示意图



程序的主要代码如下:

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

Image3.Width := Image1.Width;

Image3.Height := Image1.Height;

TrackBar1Change(Self);

end;



procedure TForm1.TrackBar1Change(Sender: TObject);

begin

Label1.Caption := IntToStr(TrackBar1.Position);

if RadioButton1.Checked then

AlphaDraw1

else

AlphaDraw2;

end;



// 使用AlphaBlend API进行alpha混合

procedure TForm1.AlphaDraw1;

var

Bmp: TBitmap;

BF: BLENDFUNCTION;

begin

Bmp := TBitmap.Create;

Bmp.Assign(Image1.Picture.Bitmap);

BF.BlendOp := AC_SRC_OVER;

BF.BlendFlags := 0;

BF.SourceConstantAlpha := TrackBar1.Position;

BF.AlphaFormat := 0;



Windows.AlphaBlend(Bmp.Canvas.Handle, 0,0,Bmp.Width, Bmp.Height,

Image2.Picture.Bitmap.Canvas.Handle, 0,0,Bmp.Width, Bmp.Height,

BF);

Image3.Canvas.Draw(0,0,Bmp);

Bmp.Free;

end;



// 使用自编的AlphaBlend24函数进行alpha混合

procedure TForm1.AlphaDraw2;

var

Bmp: TBitmap;

begin

Bmp := TBitmap.Create;

Bmp.Assign(Image1.Picture.Bitmap);



AlphaBlend24(Bmp, Image2.Picture.Bitmap, TrackBar1.Position);



Image3.Canvas.Draw(0,0,Bmp);

Bmp.Free;

end;



运行时从左到右拖动TrackBar,最下面图像就由第一幅图逐渐变为第二幅图。本程序还演示了自编alpha混合函数的使用,效果与AlphaBlend相同。本示例程序在Delphi 7 和 Windows 2000中文版中运行通过。


参考文献:

[1]《Windows 图形编程》(美)Feng Yuan 著 机械工业出版社,2002

[2]《Windows 程序设计》(第5版)(美)Charles Petzold 著 北京大学出版社,1999
 
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