Android开发 - Matrix 处理图像变换解析

Matrix 是什么

• Matrix 是一个用于处理图像变换的类，它可以对图像进行缩放、旋转、平移和倾斜等操作。通俗来讲，Matrix 就像是一个数学公式，用来定义如何改变图像的位置、形状或者方向

Matrix 的主要功能

• 缩放（Scale）：可以改变图片的大小，比如放大或缩小

• 旋转（Rotate）：可以将图片绕某个点旋转一定的角度

• 平移（Translate）：可以移动图片的位置

• 倾斜（Skew）：可以让图片变形，比如将图片斜着拉长

• 这些操作都可以通过修改 Matrix 来实现，Matrix 是一个 3x3 的矩阵，表示对图像的变换方式

主要方法解析

• matrix.set(Matrix matrix)：将一个矩阵的值复制到当前矩阵中

  Matrix matrix1 = new Matrix();
  Matrix matrix2 = new Matrix();
  matrix1.setScale(2f, 2f);
  matrix2.set(matrix1);  // 把 matrix1 的值赋给 matrix2
  

  • 参数解析：
    • matrix：当前 matrix 对象

• matrix.setScale(float sx, float sy)：缩放图片

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);  // 把图片放大两倍
  

  • 参数解析：
    • sx：横向缩放比例；值大于 1 表示放大，值小于 1 表示缩小
    • sy：纵向缩放比例；值大于 1 表示放大，值小于 1 表示缩小

• matrix.setRotate(float degrees)：旋转图片

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setRotate(45);  // 旋转45度
  

  • 参数解析：
    • degrees：旋转的角度；正数表示顺时针旋转，负数表示逆时针旋转

• matrix.setTranslate(float dx, float dy)：移动图片

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setTranslate(100, 200);  // 将图片向右移动100像素，向下移动200像素
  

  • 参数解析：
    • dx：横向移动距离
    • dy：纵向移动距离

• matrix.setSkew(float kx, float ky)：倾斜图片；它可以让图片产生类似于拉长、拉伸的效果

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setSkew(0.5f, 0.2f);  // 使图片横向倾斜0.5，纵向倾斜0.2
  

  • 参数解析：
    • kx：横向倾斜系数
    • ky：纵向倾斜系数

• matrix.postTranslate(float dx, float dy)：基于现有的变换再做移动操作

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  matrix.postTranslate(100f, 100f);  // 先缩放再平移
  

  • 参数解析：
    • dx：追加的横向移动距离
    • dy：追加的纵向移动距离

• matrix.postScale(float sx, float sy)：基于当前变换追加缩放操作

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setTranslate(50f, 50f);
  matrix.postScale(2f, 2f);  // 先平移，再缩放
  

  • 参数解析：
    • kx：追加的横向缩放系数
    • ky：追加的纵向缩放系数

• matrix.postRotate(float degrees)：基于现有的矩阵进行旋转操作

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(1.5f, 1.5f);
  matrix.postRotate(45);  // 先缩放再旋转
  

  • 参数解析：
    • degrees：追加的旋转角度

• matrix.postSkew(float kx, float ky)：在已有的矩阵操作上追加倾斜操作

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  matrix.postSkew(0.5f, 0.5f);  // 先缩放再倾斜
  

  • 参数解析：
    • kx：追加的横向倾斜系数
    • ky：追加的纵向倾斜系数

• matrix.invert(Matrix inverse)：用于求当前矩阵的逆矩阵，如果当前矩阵是可逆的，会将逆矩阵存储到 inverse 参数中，返回 true，否则返回 false

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  Matrix inverseMatrix = new Matrix();
  boolean isInvertible = matrix.invert(inverseMatrix);  // 计算逆矩阵
  

  • 参数解析：
    • inverse：用于得出的 当前matrix 对象 是否为逆矩阵

• matrix.mapRect(RectF rect)：对矩形进行变换。矩形会根据当前矩阵进行缩放、平移、旋转等变换

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  RectF rect = new RectF(0, 0, 100, 100);
  matrix.mapRect(rect);  // 变换后的矩形坐标会改变
  

  • 参数解析：
    • rect：接收一个重定矩形的 RectF 对象

• matrix.mapRect(RectF rect)：将当前的矩阵重置为单位矩阵。单位矩阵即初始状态，表示没有任何变换

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  matrix.reset();  // 重置为单位矩阵
  

• matrix.preTranslate(float dx, float dy)：在已有矩阵操作之前进行平移

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  matrix.preTranslate(50f, 50f);  // 先平移再缩放
  

  • • 参数解析：
      • dx：横向移动距离
      • dy：纵向移动距离

• matrix.preScale(float sx, float sy)：在已有矩阵操作之前进行缩放

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  matrix.preTranslate(50f, 50f);  // 先平移再缩放
  

  • • 参数解析：
      • sx：横向缩放比例
      • sy：纵向缩放比例

• matrix.preRotate(float degrees)：在已有矩阵操作之前进行旋转

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setTranslate(100f, 100f);
  matrix.preRotate(45);  // 先旋转再平移
  

  • • 参数解析：
      • degrees：旋转的角度

• matrix.preSkew(float kx, float ky)：在已有矩阵操作之前进行倾斜

  Matrix matrix = new Matrix();
  matrix.setScale(2f, 2f);
  matrix.preSkew(0.5f, 0.5f);  // 先倾斜再缩放
  

  • 参数解析：
    • kx：横向倾斜系数
    • ky：纵向倾斜系数

• matrix.setConcat(Matrix a, Matrix b)：将两个矩阵相乘，并将结果赋给当前矩阵。相当于 Matrix 的乘法运算

  Matrix matrix1 = new Matrix();
  matrix1.setScale(2f, 2f);
  
  Matrix matrix2 = new Matrix();
  matrix2.setRotate(45);
  
  Matrix result = new Matrix();
  result.setConcat(matrix1, matrix2);  // 将 matrix1 和 matrix2 组合
  

  • 参数解析：
    • a：要组合的第一个 Matrix 对象
    • b：要组合的第二个 Matrix 对象

• matrix.setPolyToPoly(float[] src, int srcIndex, float[] dst, int dstIndex, int pointCount)：将源点数组 src 变换为目标点数组 dst。可以指定多少个点参与变换，允许更复杂的几何操作。主要将源多边形的多个点通过变换映射到目标多边形的相应点。通过指定多个点，Matrix 会计算出从源点到目标点的变换矩阵

  Matrix matrix = new Matrix();
  float[] src = {0f, 0f, 100f, 0f};   // 源多边形的两个点：两个点为 (0, 0) 和 (100, 0)
  float[] dst = {0f, 0f, 150f, 50f};  // 目标多边形的两个点：目标点为 (0, 0) 和 (150, 50
  matrix.setPolyToPoly(src, 0, dst, 0, 2);  // 使用两个点进行变换。srcIndex 和 dstIndex 都为 0，表示从第一个点开始使用。pointCount 为 2，表示我们使用两个点来计算变换
  

  • 参数解析：
    • src：源点数组，包含源多边形的所有点的坐标。这个数组按顺序存储点的坐标信息，数组的长度应该是 2 * n，n 是点的数量。每个点由两个连续的浮点数表示，分别是 x 和 y 坐标。例如：src = {x1, y1, x2, y2, x3, y3, ...}
    • srcIndex：源点数组的起始索引，从这个位置开始读取源点数据。例如：如果 srcIndex = 0，则从 src 数组的第一个点开始使用；如果 srcIndex = 2，则从数组中的第三个浮点数（即第二个点的 x 坐标）开始使用
    • dst：目标点数组，包含目标多边形的所有点的坐标。这个数组与 src 类似，也按顺序存储目标多边形的坐标。Matrix 会根据这些点计算变换矩阵，将源多边形的点映射到这些目标点上
    • dstIndex：目标点数组的起始索引，从这个位置开始读取目标点数据。例如：如果 dstIndex = 0，则从 dst 数组的第一个点开始使用；如果 dstIndex = 2，则从数组中的第三个浮点数（即第二个点的 x 坐标）开始使用
    • pointCount：参与变换的点的数量。pointCount 决定了 src 和 dst 中的点有多少个会被用于计算变换矩阵。最多支持 4 个点的变换，具体的点数决定了变换的复杂程度：
      • 1个点：只能实现平移
      • 2个点：可以实现平移和缩放（单轴或双轴缩放）
      • 3个点：可以实现平移、缩放和旋转
      • 4个点：可以实现平移、缩放、旋转和任意形变（透视变换）

如何使用 Matrix

• Matrix 一般和 Canvas、Bitmap 结合使用，可以将这些变换应用到图片或绘制的元素上。例如，在自定义控件中绘制一个经过旋转或缩放的图像时，可以使用 Matrix 来对图像进行变换：

  @Override
  protected void onDraw(Canvas canvas) {
      super.onDraw(canvas);
      Matrix matrix = new Matrix();
      matrix.setScale(1.5f, 1.5f);  // 对图片进行1.5倍放大
      canvas.drawBitmap(bitmap, matrix, null);  // 绘制变换后的图片
  }
  

总结

• Matrix 本质上是一个数学工具，用于图像的几何变换

• 通过操作 Matrix，可以对图片进行缩放、旋转、移动、倾斜等操作，改变其在屏幕上的显示方式