[WPF] 使用 Effect 玩玩阴影、内阴影、 长阴影

最近在学习怎么用 Shazzam Shader Editor 编写自定义的 Effect，并试着去实现阴影、内阴影和长阴影的效果。结果我第一步就放弃了，因为阴影用到的高斯模糊算法对我来说太太太太太太太太难了，最后只好用些投机取巧的方法来模仿这几种效果。

1. 阴影

WPF 中的 DropShadowEffect 简单来说就是将输入源的图像进行高斯模糊，然后根据 Color、Opacity、Direction、ShadowDepth 这几个属性来修改颜色、透明度和位移，形成一张新的图像作为阴影，平铺在原图像的背后。要自己实现 DropShadowEffect 最大的难点就在高斯模糊这里，既然写不出高斯模糊算法，就只好依赖 WPF 现有的东西。我的做法是用一个 VisualBrush 获取需要做阴影的图像，然后再用 WPF 的 BlurEffect 让它变模糊：

<Grid ClipToBounds="True">
    <Grid>
        <Grid.Effect>
            <BlurEffect Radius="38" />
        </Grid.Effect>
        <Grid.Background>
            <VisualBrush Stretch="None" Visual="{Binding ElementName=ForegroundElement}" />
        </Grid.Background>
    </Grid>
</Grid>
<Grid x:Name="ForegroundElement">
    <TextBlock VerticalAlignment="Center"
               FontFamily="Lucida Handwriting"
               FontSize="148"
               FontWeight="ExtraBold"
               Foreground="#f7e681"
               TextAlignment="Center">
        FAKE<LineBreak />
        SHADOW</TextBlock>
</Grid>

现在的它看起来就是这个样子。

然后写一个 FakeDropShadowEffect。它获取输入源的 Alpha 通道，将 RGB 替换为指定的颜色（默认是黑色），组合成新的颜色。再通过 Angle 和 Depth 计算出偏移：

float4 main(float2 uv : TEXCOORD) : COLOR
{
    float4 c = 0;
    float rad = Angle * 0.0174533f;
    float xOffset = cos(rad) * Depth;
    float yOffset = sin(rad) * Depth;

    uv.x += xOffset;
    uv.y += yOffset;
    c = tex2D(Texture1Sampler, uv);
    c.rgb = Color.rgb * c.a * Opacity;
    c.a = c.a * Opacity;
    return c;
}

最后在应用了 BlurEffect 的元素外面再套一层 Grid，然后在这个 Grid 应用刚刚写的 FakeDrpShadowEffect：

<Grid ClipToBounds="True">
    <Grid.Effect>
        <effects:FakeDropShadowEffect Angle="225"
                                      Depth="0.03"
                                      Opacity="0.5" />
    </Grid.Effect>

成果如上图所示，和 DropShadowEffect 几乎一样了。

2. 内阴影

关于内阴影的实现，我之前写过另一篇文章介绍过：实现 WPF 的 Inner Shadow。现在用 Effect，我首先想到的做法是叠加两个元素，上层的元素根据另一个元素的 VisualBrush 剪切出一个洞，然后在这个洞投下阴影：

<Grid x:Name="BackgroundElement">
    <TextBlock x:Name="Text"
               HorizontalAlignment="Center"
               VerticalAlignment="Center"
               FontSize="150"
               FontWeight="Bold"
               Foreground="{StaticResource LightBackground}"
               TextAlignment="Center">
        INNER<LineBreak />
        SHADOW</TextBlock>
</Grid>
<Grid ClipToBounds="True">
    <Grid.Effect>
        <DropShadowEffect BlurRadius="8"
                          Opacity="0.7"
                          ShadowDepth="5" />
    </Grid.Effect>
    <Grid Background="{StaticResource LightBackground}">
        <Grid.Effect>
            <effects:ClipEffect>
                <effects:ClipEffect.Blend>
                    <VisualBrush Stretch="None" Visual="{Binding ElementName=BackgroundElement}" />
                </effects:ClipEffect.Blend>
            </effects:ClipEffect>
        </Grid.Effect>
    </Grid>
</Grid>

在上面的 XAML 中，ClipEffect 有另一个输入 Blend，这个输入就是要剪切的形状。ClipEffect 的代码很简单，就只是几行，关键的功能是用 input 的Alpha 通道减去 blend 的 Alpha 通道作为结果输出：

sampler2D blend : register(s1);

float4 main(float2 uv : TEXCOORD) : COLOR
{
    float4 inputColor = tex2D(input, uv);
    float4 blendColor = tex2D(blend, uv);
    float4 resultColor = 0;
    float opacity = inputColor.a - blendColor.a;
    resultColor.rgb = inputColor.rgb * opacity;
    resultColor.a = opacity;

    return resultColor;
}

下图是上面的 XAML 实现的效果：

3. 长阴影

我以前写过一篇在 UWP 实现长阴影的博客：使用GetAlphaMask和ContainerVisual制作长阴影(Long Shadow) 。这次在 WPF 里重新用 Effect 实现一次。长阴影的原理是不断向左上角（因为偷懒就只是做向右下的阴影）检查，直到遇到 Alpha 通道为 1 的像素，然后计算这个像素与自身的距离得出阴影的 Alpha，所有代码如下：

float4 main(float2 uv : TEXCOORD) : COLOR
{
    float4 srcColor = tex2D(input, uv);
    if (srcColor.a == 1)
    {
        return srcColor;
    }

    float4 tempColor = 0;
    float2 offset = 0;
    int maxDepth = 400;
    float a = 0;
    for (float i = 1; i < maxDepth; i++)
    {
        if (i < ShadowLength)
        {
            if (a == 0)
            {
                offset = uv.xy - float2(i / Width, i / Height);
                if (offset.x > 0 && offset.y > 0)
                {
                    tempColor = tex2D(input, offset);
                    if (tempColor.a == 1)
                    {
                        a = (1 - i / max(1,ShadowLength));
                    }
                }
            }
        }
    }

    if (a == 0)
    {
        return srcColor;
    }

    a = min(1,a);
    tempColor.rgb = Color.rgb * a * Opacity;
    tempColor.a = a * Opacity;
    float4 outColor = (1 - srcColor.a) * tempColor + srcColor;
    return outColor;
}

使用起来的 XAML 和效果如下，需要输入 ShadowLength 和 Color，因为 Effect 没法知道输入源的尺寸，所以还需要主动输入 Width 和 Height：

<Grid x:Name="Root" Background="Transparent">
    <Grid.Effect>
        <effects:LongShadowEffect Width="{Binding ElementName=Root, Path=ActualWidth}"
                                  Height="{Binding ElementName=Root, Path=ActualHeight}
                                  ShadowLength="100"
                                  Color="Red" />
    </Grid.Effect>
    <TextBlock x:Name="TextBlock"
               HorizontalAlignment="Center"
               VerticalAlignment="Center"
               FontSize="150"
               FontWeight="Bold"
               Text="NEXT" />
</Grid>

4. 源码

https://github.com/DinoChan/wpf_design_and_animation_lab