Android中图像变换Matrix的原理、代码验证和应用

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第一部分 Matrix的数学原理

在Android中，如果你用Matrix进行过图像处理，那么一定知道Matrix这个类。Android中的Matrix是一个3 x 3的矩阵，其内容如下：

 

Matrix的对图像的处理可分为四类基本变换：

Translate           平移变换

Rotate                旋转变换

Scale                  缩放变换

Skew                  错切变换

 

从字面上理解，矩阵中的MSCALE用于处理缩放变换，MSKEW用于处理错切变换，MTRANS用于处理平移变换，MPERSP用于处理透视变换。实际中当然不能完全按照字面上的说法去理解Matrix。同时，在Android的文档中，未见到用Matrix进行透视变换的相关说明，所以本文也不讨论这方面的问题。

 

针对每种变换，Android提供了pre、set和post三种操作方式。其中

set用于设置Matrix中的值。

pre是先乘，因为矩阵的乘法不满足交换律，因此先乘、后乘必须要严格区分。先乘相当于矩阵运算中的右乘。

post是后乘，因为矩阵的乘法不满足交换律，因此先乘、后乘必须要严格区分。后乘相当于矩阵运算中的左乘。

 

除平移变换(Translate)外，旋转变换(Rotate)、缩放变换(Scale)和错切变换(Skew)都可以围绕一个中心点来进行，如果不指定，在默认情况下是围绕(0, 0)来进行相应的变换的。

 

下面我们来看看四种变换的具体情形。由于所有的图形都是有点组成，因此我们只需要考察一个点相关变换即可。

 

一、 平移变换

假定有一个点的坐标是 ，将其移动到 ，再假定在x轴和y轴方向移动的大小分别为：

如下图所示：

不难知道：

如果用矩阵来表示的话，就可以写成：

 

二、 旋转变换

 

2.1    围绕坐标原点旋转：

假定有一个点 ，相对坐标原点顺时针旋转后的情形，同时假定P点离坐标原点的距离为r，如下图：

那么，

如果用矩阵，就可以表示为：

 

2.2    围绕某个点旋转

如果是围绕某个点顺时针旋转，那么可以用矩阵表示为：

可以化为：

很显然，

1.   

  是将坐标原点移动到点后， 的新坐标。

2.     

是将上一步变换后的，围绕新的坐标原点顺时针旋转 。

3.     

经过上一步旋转变换后，再将坐标原点移回到原来的坐标原点。

 

所以，围绕某一点进行旋转变换，可以分成3个步骤，即首先将坐标原点移至该点，然后围绕新的坐标原点进行旋转变换，再然后将坐标原点移回到原先的坐标原点。

 

三、 缩放变换

理论上而言，一个点是不存在什么缩放变换的，但考虑到所有图像都是由点组成，因此，如果图像在x轴和y轴方向分别放大k1和k2倍的话，那么图像中的所有点的x坐标和y坐标均会分别放大k1和k2倍，即

用矩阵表示就是：

缩放变换比较好理解，就不多说了。

 

四、 错切变换

错切变换(skew)在数学上又称为Shear mapping(可译为“剪切变换”)或者Transvection(缩并)，它是一种比较特殊的线性变换。错切变换的效果就是让所有点的x坐标(或者y坐标)保持不变，而对应的y坐标(或者x坐标)则按比例发生平移，且平移的大小和该点到x轴(或y轴)的垂直距离成正比。错切变换，属于等面积变换，即一个形状在错切变换的前后，其面积是相等的。

比如下图，各点的y坐标保持不变，但其x坐标则按比例发生了平移。这种情况将水平错切。

下图各点的x坐标保持不变，但其y坐标则按比例发生了平移。这种情况叫垂直错切。

 

假定一个点经过错切变换后得到，对于水平错切而言，应该有如下关系：

用矩阵表示就是：

扩展到3 x 3的矩阵就是下面这样的形式：

 

同理，对于垂直错切，可以有：

在数学上严格的错切变换就是上面这样的。在Android中除了有上面说到的情况外，还可以同时进行水平、垂直错切，那么形式上就是：

 

五、 对称变换

除了上面讲到的4中基本变换外，事实上，我们还可以利用Matrix，进行对称变换。所谓对称变换，就是经过变化后的图像和原图像是关于某个对称轴是对称的。比如，某点 经过对称变换后得到，

如果对称轴是x轴，难么，

用矩阵表示就是：

如果对称轴是y轴，那么，

用矩阵表示就是：

如果对称轴是y = x，如图：

那么，

很容易可以解得：

用矩阵表示就是：

同样的道理，如果对称轴是y = -x，那么用矩阵表示就是：

 

特殊地，如果对称轴是y = kx，如下图：

那么，

很容易可解得：

用矩阵表示就是：

当k = 0时，即y = 0，也就是对称轴为x轴的情况；当k趋于无穷大时，即x = 0，也就是对称轴为y轴的情况；当k =1时，即y = x，也就是对称轴为y = x的情况；当k = -1时，即y = -x，也就是对称轴为y = -x的情况。不难验证，这和我们前面说到的4中具体情况是相吻合的。

 

如果对称轴是y = kx + b这样的情况，只需要在上面的基础上增加两次平移变换即可，即先将坐标原点移动到(0, b)，然后做上面的关于y = kx的对称变换，再然后将坐标原点移回到原来的坐标原点即可。用矩阵表示大致是这样的：

需要特别注意：在实际编程中，我们知道屏幕的y坐标的正向和数学中y坐标的正向刚好是相反的，所以在数学上y = x和屏幕上的y = -x才是真正的同一个东西，反之亦然。也就是说，如果要使图片在屏幕上看起来像按照数学意义上y = x对称，那么需使用这种转换：

要使图片在屏幕上看起来像按照数学意义上y = -x对称，那么需使用这种转换：
 

关于对称轴为y = kx 或y = kx + b的情况，同样需要考虑这方面的问题。

 

第二部分 代码验证

在第一部分中讲到的各种图像变换的验证代码如下，一共列出了10种情况。如果要验证其中的某一种情况，只需将相应的代码反注释即可。试验中用到的图片：

其尺寸为162 x 251。

 

每种变换的结果，请见代码之后的说明。

Java代码  

1. <span style="font-size:13px;"></span><pre name="code" class="java">package com.pat.testtransformmatrix;  
2.   
3. import android.app.Activity;  
4. import android.content.Context;  
5. import android.graphics.Bitmap;  
6. import android.graphics.BitmapFactory;  
7. import android.graphics.Canvas;  
8. import android.graphics.Matrix;  
9. import android.os.Bundle;  
10. import android.util.Log;  
11. import android.view.MotionEvent;  
12. import android.view.View;  
13. import android.view.Window;  
14. import android.view.WindowManager;  
15. import android.view.View.OnTouchListener;  
16. import android.widget.ImageView;  
17.   
18. public class TestTransformMatrixActivity extends Activity  
19. implements  
20. OnTouchListener  
21. {  
22.     private TransformMatrixView view;  
23.     @Override  
24.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState)  
25.     {  
26.         super.onCreate(savedInstanceState);  
27.         requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);  
28.         this.getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN, WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN);  
29.   
30.         view = new TransformMatrixView(this);  
31.         view.setScaleType(ImageView.ScaleType.MATRIX);  
32.         view.setOnTouchListener(this);  
33.           
34.         setContentView(view);  
35.     }  
36.       
37.     class TransformMatrixView extends ImageView  
38.     {  
39.         private Bitmap bitmap;  
40.         private Matrix matrix;  
41.         public TransformMatrixView(Context context)  
42.         {  
43.             super(context);  
44.             bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.sophie);  
45.             matrix = new Matrix();  
46.         }  
47.   
48.         @Override  
49.         protected void onDraw(Canvas canvas)  
50.         {  
51.             // 画出原图像  
52.             canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, null);  
53.             // 画出变换后的图像  
54.             canvas.drawBitmap(bitmap, matrix, null);  
55.             super.onDraw(canvas);  
56.         }  
57.   
58.         @Override  
59.         public void setImageMatrix(Matrix matrix)  
60.         {  
61.             this.matrix.set(matrix);  
62.             super.setImageMatrix(matrix);  
63.         }  
64.           
65.         public Bitmap getImageBitmap()  
66.         {  
67.             return bitmap;  
68.         }  
69.     }  
70.   
71.     public boolean onTouch(View v, MotionEvent e)  
72.     {  
73.         if(e.getAction() == MotionEvent.ACTION_UP)  
74.         {  
75.             Matrix matrix = new Matrix();  
76.             // 输出图像的宽度和高度(162 x 251)  
77.             Log.e("TestTransformMatrixActivity", "image size: width x height = " +  view.getImageBitmap().getWidth() + " x " + view.getImageBitmap().getHeight());  
78.             // 1. 平移  
79.             matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth(), view.getImageBitmap().getHeight());  
80.             // 在x方向平移view.getImageBitmap().getWidth()，在y轴方向view.getImageBitmap().getHeight()  
81.             view.setImageMatrix(matrix);  
82.               
83.             // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
84.             float[] matrixValues = new float[9];  
85.             matrix.getValues(matrixValues);  
86.             for(int i = 0; i < 3; ++i)  
87.             {  
88.                 String temp = new String();  
89.                 for(int j = 0; j < 3; ++j)  
90.                 {  
91.                     temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
92.                 }  
93.                 Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
94.             }  
95.               
96.   
97. //          // 2. 旋转(围绕图像的中心点)  
98. //          matrix.setRotate(45f, view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);  
99. //            
100. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠  
101. //          matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth() * 1.5f, 0f);  
102. //          view.setImageMatrix(matrix);  
103. //  
104. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
105. //          float[] matrixValues = new float[9];  
106. //          matrix.getValues(matrixValues);  
107. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
108. //          {  
109. //              String temp = new String();  
110. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
111. //              {  
112. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
113. //              }  
114. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
115. //          }  
116.               
117.               
118. //          // 3. 旋转(围绕坐标原点) + 平移(效果同2)  
119. //          matrix.setRotate(45f);  
120. //          matrix.preTranslate(-1f * view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, -1f * view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);  
121. //          matrix.postTranslate((float)view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, (float)view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);  
122. //            
123. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠  
124. //          matrix.postTranslate((float)view.getImageBitmap().getWidth() * 1.5f, 0f);  
125. //          view.setImageMatrix(matrix);  
126. //            
127. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
128. //          float[] matrixValues = new float[9];  
129. //          matrix.getValues(matrixValues);  
130. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
131. //          {  
132. //              String temp = new String();  
133. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
134. //              {  
135. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
136. //              }  
137. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
138. //          }             
139.               
140. //          // 4. 缩放  
141. //          matrix.setScale(2f, 2f);  
142. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
143. //          float[] matrixValues = new float[9];  
144. //          matrix.getValues(matrixValues);  
145. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
146. //          {  
147. //              String temp = new String();  
148. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
149. //              {  
150. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
151. //              }  
152. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
153. //          }  
154. //            
155. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠  
156. //          matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth(), view.getImageBitmap().getHeight());  
157. //          view.setImageMatrix(matrix);  
158. //            
159. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
160. //          matrixValues = new float[9];  
161. //          matrix.getValues(matrixValues);  
162. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
163. //          {  
164. //              String temp = new String();  
165. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
166. //              {  
167. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
168. //              }  
169. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
170. //          }  
171.   
172.               
173. //          // 5. 错切 - 水平  
174. //          matrix.setSkew(0.5f, 0f);  
175. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
176. //          float[] matrixValues = new float[9];  
177. //          matrix.getValues(matrixValues);  
178. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
179. //          {  
180. //              String temp = new String();  
181. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
182. //              {  
183. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
184. //              }  
185. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
186. //          }  
187. //            
188. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠           
189. //          matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth(), 0f);  
190. //          view.setImageMatrix(matrix);  
191. //            
192. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
193. //          matrixValues = new float[9];  
194. //          matrix.getValues(matrixValues);  
195. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
196. //          {  
197. //              String temp = new String();  
198. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
199. //              {  
200. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
201. //              }  
202. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
203. //          }  
204.               
205. //          // 6. 错切 - 垂直  
206. //          matrix.setSkew(0f, 0.5f);  
207. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
208. //          float[] matrixValues = new float[9];  
209. //          matrix.getValues(matrixValues);  
210. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
211. //          {  
212. //              String temp = new String();  
213. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
214. //              {  
215. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
216. //              }  
217. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
218. //          }  
219. //            
220. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠               
221. //          matrix.postTranslate(0f, view.getImageBitmap().getHeight());  
222. //          view.setImageMatrix(matrix);  
223. //            
224. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
225. //          matrixValues = new float[9];  
226. //          matrix.getValues(matrixValues);  
227. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
228. //          {  
229. //              String temp = new String();  
230. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
231. //              {  
232. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
233. //              }  
234. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
235. //          }             
236.               
237. //          7. 错切 - 水平 + 垂直  
238. //          matrix.setSkew(0.5f, 0.5f);  
239. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
240. //          float[] matrixValues = new float[9];  
241. //          matrix.getValues(matrixValues);  
242. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
243. //          {  
244. //              String temp = new String();  
245. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
246. //              {  
247. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
248. //              }  
249. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
250. //          }  
251. //            
252. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠               
253. //          matrix.postTranslate(0f, view.getImageBitmap().getHeight());  
254. //          view.setImageMatrix(matrix);  
255. //            
256. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
257. //          matrixValues = new float[9];  
258. //          matrix.getValues(matrixValues);  
259. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
260. //          {  
261. //              String temp = new String();  
262. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
263. //              {  
264. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
265. //              }  
266. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
267. //          }  
268.               
269. //          // 8. 对称 (水平对称)  
270. //          float matrix_values[] = {1f, 0f, 0f, 0f, -1f, 0f, 0f, 0f, 1f};  
271. //          matrix.setValues(matrix_values);  
272. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
273. //          float[] matrixValues = new float[9];  
274. //          matrix.getValues(matrixValues);  
275. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
276. //          {  
277. //              String temp = new String();  
278. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
279. //              {  
280. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
281. //              }  
282. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
283. //          }  
284. //            
285. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠   
286. //          matrix.postTranslate(0f, view.getImageBitmap().getHeight() * 2f);  
287. //          view.setImageMatrix(matrix);  
288. //            
289. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
290. //          matrixValues = new float[9];  
291. //          matrix.getValues(matrixValues);  
292. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
293. //          {  
294. //              String temp = new String();  
295. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
296. //              {  
297. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
298. //              }  
299. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
300. //          }             
301.               
302. //          // 9. 对称 - 垂直  
303. //          float matrix_values[] = {-1f, 0f, 0f, 0f, 1f, 0f, 0f, 0f, 1f};  
304. //          matrix.setValues(matrix_values);  
305. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
306. //          float[] matrixValues = new float[9];  
307. //          matrix.getValues(matrixValues);  
308. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
309. //          {  
310. //              String temp = new String();  
311. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
312. //              {  
313. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
314. //              }  
315. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
316. //          }     
317. //            
318. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠   
319. //          matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth() * 2f, 0f);  
320. //          view.setImageMatrix(matrix);  
321. //            
322. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
323. //          matrixValues = new float[9];  
324. //          matrix.getValues(matrixValues);  
325. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
326. //          {  
327. //              String temp = new String();  
328. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
329. //              {  
330. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
331. //              }  
332. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
333. //          }  
334.   
335.               
336. //          // 10. 对称(对称轴为直线y = x)  
337. //          float matrix_values[] = {0f, -1f, 0f, -1f, 0f, 0f, 0f, 0f, 1f};  
338. //          matrix.setValues(matrix_values);  
339. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
340. //          float[] matrixValues = new float[9];  
341. //          matrix.getValues(matrixValues);  
342. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
343. //          {  
344. //              String temp = new String();  
345. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
346. //              {  
347. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
348. //              }  
349. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
350. //          }  
351. //            
352. //          // 做下面的平移变换，纯粹是为了让变换后的图像和原图像不重叠               
353. //          matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getHeight() + view.getImageBitmap().getWidth(),   
354. //                  view.getImageBitmap().getHeight() + view.getImageBitmap().getWidth());  
355. //          view.setImageMatrix(matrix);  
356. //            
357. //          // 下面的代码是为了查看matrix中的元素  
358. //          matrixValues = new float[9];  
359. //          matrix.getValues(matrixValues);  
360. //          for(int i = 0; i < 3; ++i)  
361. //          {  
362. //              String temp = new String();  
363. //              for(int j = 0; j < 3; ++j)  
364. //              {  
365. //                  temp += matrixValues[3 * i + j ] + "\t";  
366. //              }  
367. //              Log.e("TestTransformMatrixActivity", temp);  
368. //          }  
369.               
370.             view.invalidate();  
371.         }  
372.         return true;  
373.     }  
374. }  

 

下面给出上述代码中，各种变换的具体结果及其对应的相关变换矩阵

1.     平移

输出的结果：

请对照第一部分中的“一、平移变换”所讲的情形，考察上述矩阵的正确性。

 

2.     旋转(围绕图像的中心点)

输出的结果：

它实际上是

matrix.setRotate(45f,view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth()* 1.5f, 0f);

这两条语句综合作用的结果。根据第一部分中“二、旋转变换”里面关于围绕某点旋转的公式，

matrix.setRotate(45f,view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

所产生的转换矩阵就是：

而matrix.postTranslate(view.getImageBitmap().getWidth()* 1.5f, 0f);的意思就是在上述矩阵的左边再乘以下面的矩阵：

关于post是左乘这一点，我们在前面的理论部分曾经提及过，后面我们还会专门讨论这个问题。

 

所以它实际上就是：

出去计算上的精度误差，我们可以看到我们计算出来的结果，和程序直接输出的结果是一致的。

 

3.     旋转(围绕坐标原点旋转，在加上两次平移，效果同2)

根据第一部分中“二、旋转变换”里面关于围绕某点旋转的解释，不难知道：

matrix.setRotate(45f,view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

等价于

matrix.setRotate(45f);

matrix.preTranslate(-1f* view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, -1f *view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

matrix.postTranslate((float)view.getImageBitmap().getWidth()/ 2f, (float)view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

 

其中matrix.setRotate(45f)对应的矩阵是：

matrix.preTranslate(-1f* view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, -1f * view.getImageBitmap().getHeight()/ 2f)对应的矩阵是：

由于是preTranslate，是先乘，也就是右乘，即它应该出现在matrix.setRotate(45f)所对应矩阵的右侧。

 

matrix.postTranslate((float)view.getImageBitmap().getWidth()/ 2f, (float)view.getImageBitmap().getHeight() / 2f)对应的矩阵是：

这次由于是postTranslate，是后乘，也就是左乘，即它应该出现在matrix.setRotate(45f)所对应矩阵的左侧。

 

所以综合起来，

matrix.setRotate(45f);

matrix.preTranslate(-1f* view.getImageBitmap().getWidth() / 2f, -1f *view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

matrix.postTranslate((float)view.getImageBitmap().getWidth()/ 2f, (float)view.getImageBitmap().getHeight() / 2f);

对应的矩阵就是：

这和下面这个矩阵(围绕图像中心顺时针旋转45度)其实是一样的：

因此，此处变换后的图像和2中变换后的图像时一样的。

 

4.     缩放变换

程序所输出的两个矩阵分别是：

其中第二个矩阵，其实是下面两个矩阵相乘的结果：

 

大家可以对照第一部分中的“三、缩放变换”和“一、平移变换”说法，自行验证结果。

 

5.     错切变换(水平错切)

代码所输出的两个矩阵分别是：

其中，第二个矩阵其实是下面两个矩阵相乘的结果：

 

大家可以对照第一部分中的“四、错切变换”和“一、平移变换”的相关说法，自行验证结果。

 

6.     错切变换(垂直错切)

代码所输出的两个矩阵分别是：

其中，第二个矩阵其实是下面两个矩阵相乘的结果：

大家可以对照第一部分中的“四、错切变换”和“一、平移变换”的相关说法，自行验证结果。

 

7.     错切变换(水平+垂直错切)

代码所输出的两个矩阵分别是：

其中，后者是下面两个矩阵相乘的结果：

大家可以对照第一部分中的“四、错切变换”和“一、平移变换”的相关说法，自行验证结果。

 

8.     对称变换(水平对称)

代码所输出的两个各矩阵分别是：

其中，后者是下面两个矩阵相乘的结果：

 

大家可以对照第一部分中的“五、对称变换”和“一、平移变换”的相关说法，自行验证结果。

 

9.     对称变换(垂直对称)

代码所输出的两个矩阵分别是：

其中，后者是下面两个矩阵相乘的结果：

 

大家可以对照第一部分中的“五、对称变换”和“一、平移变换”的相关说法，自行验证结果。

 

10.   对称变换(对称轴为直线y = x)

代码所输出的两个矩阵分别是：

其中，后者是下面两个矩阵相乘的结果：

 

大家可以对照第一部分中的“五、对称变换”和“一、平移变换”的相关说法，自行验证结果。

 

11.   关于先乘和后乘的问题

由于矩阵的乘法运算不满足交换律，我们在前面曾经多次提及先乘、后乘的问题，即先乘就是矩阵运算中右乘，后乘就是矩阵运算中的左乘。其实先乘、后乘的概念是针对变换操作的时间先后而言的，左乘、右乘是针对矩阵运算的左右位置而言的。以第一部分“二、旋转变换”中围绕某点旋转的情况为例：

 

越靠近原图像中像素的矩阵，越先乘，越远离原图像中像素的矩阵，越后乘。事实上，图像处理时，矩阵的运算是从右边往左边方向进行运算的。这就形成了越在右边的矩阵(右乘)，越先运算(先乘)，反之亦然。

 

当然，在实际中，如果首先指定了一个matrix，比如我们先setRotate()，即指定了上面变换矩阵中，中间的那个矩阵，那么后续的矩阵到底是pre还是post运算，都是相对这个中间矩阵而言的。

 

所有这些，其实都是很自然的事情。

第三部分 应用

在这一部分，我们会将前面两部分所了解到的内容和Android手势结合起来，利用各种不同的手势对图像进行平移、缩放和旋转，前面两项都是在实践中经常需要用到的功能，后一项据说苹果也是最近才加上的，而实际上在Android中，咱们通过自己的双手，也可以很轻松地实现之。

 

首先创建一个Android项目PatImageView，同时创建一个Activity：PatImageViewActivity。完成这一步后， 记得在AndroidManifest.xml中增加如下许可：

<uses-permissionandroid:name="android.permission.VIBRATE"/>

因为我们将要通过短按还是长按，来确定将图片到底是缩放还是旋转。

 

现在来创建一个ImageView的派生类：PatImageView，其代码(PatImageView.java)如下(2011-11-22 revised)：

 

[java]  view plain copy

1. package com.pat.imageview;  
2.   
3. import android.app.Service;  
4. import android.content.Context;  
5. import android.graphics.Matrix;  
6. import android.graphics.PointF;  
7. import android.os.Vibrator;  
8. import android.util.FloatMath;  
9. import android.view.GestureDetector;  
10. import android.view.MotionEvent;  
11. import android.view.View;  
12. import android.widget.ImageView;  
13.   
14. public class PatImageView extends ImageView  
15. {  
16.     private Matrix matrix;  
17.     private Matrix savedMatrix;  
18.       
19.     private boolean long_touch = false;  
20.     private static int NONE = 0;  
21.     private static int DRAG = 1;    // 拖动  
22.     private static int ZOOM = 2;    // 缩放  
23.     private static int ROTA = 3;    // 旋转  
24.     private int mode = NONE;  
25.       
26.     private PointF startPoint;  
27.     private PointF middlePoint;  
28.       
29.     private float oldDistance;  
30.     private float oldAngle;  
31.   
32.     private Vibrator vibrator;  
33.       
34.     private GestureDetector gdetector;  
35.       
36.     public PatImageView(final Context context)  
37.     {  
38.         super(context);  
39.   
40.         matrix = new Matrix();  
41.         savedMatrix = new Matrix();  
42.           
43.         matrix.setTranslate(0f, 0f);  
44.         setScaleType(ScaleType.MATRIX);  
45.         setImageMatrix(matrix);  
46.           
47.         startPoint = new PointF();  
48.         middlePoint = new PointF();  
49.           
50.         oldDistance = 1f;  
51.           
52.         gdetector = new GestureDetector(context, new GestureDetector.OnGestureListener()  
53.         {  
54.             @Override  
55.             public boolean onSingleTapUp(MotionEvent e)  
56.             {  
57.                 return true;  
58.             }  
59.               
60.             @Override  
61.             public void onShowPress(MotionEvent e)  
62.             {  
63.             }  
64.               
65.             @Override  
66.             public boolean onScroll(MotionEvent e1, MotionEvent e2, float distanceX, float distanceY)  
67.             {  
68.                 return true;  
69.             }  
70.               
71.             @Override  
72.             public void onLongPress(MotionEvent e)  
73.             {  
74.                 long_touch = true;  
75.                 vibrator = (Vibrator) context.getSystemService(Service.VIBRATOR_SERVICE);  
76.                 // 振动50ms，提示后续的操作将是旋转图片，而非缩放图片  
77.                 vibrator.vibrate(50);  
78.             }  
79.               
80.             @Override  
81.             public boolean onFling(MotionEvent e1, MotionEvent e2, float velocityX, float velocityY)  
82.             {  
83.                 return true;  
84.             }  
85.               
86.             @Override  
87.             public boolean onDown(MotionEvent e)  
88.             {  
89.                 return true;  
90.             }  
91.         });  
92.           
93.         setOnTouchListener(new OnTouchListener()  
94.         {  
95.             public boolean onTouch(View view, MotionEvent event)  
96.             {  
97.                 switch(event.getAction() & MotionEvent.ACTION_MASK)  
98.                 {  
99.                 case MotionEvent.ACTION_DOWN:           // 第一个手指touch  
100.                     savedMatrix.set(matrix);  
101.                     startPoint.set(event.getX(), event.getY());  
102.                     mode = DRAG;  
103.                     long_touch = false;  
104.                     break;  
105.                 case MotionEvent.ACTION_POINTER_DOWN:   // 第二个手指touch  
106.                     oldDistance = getDistance(event);   // 计算第二个手指touch时，两指之间的距离  
107.                     oldAngle = getDegree(event);        // 计算第二个手指touch时，两指所形成的直线和x轴的角度  
108.                     if(oldDistance > 10f)  
109.                     {  
110.                         savedMatrix.set(matrix);  
111.                         middlePoint = midPoint(event);  
112.                         if(!long_touch)  
113.                         {  
114.                             mode = ZOOM;  
115.                         }  
116.                         else  
117.                         {  
118.                             mode = ROTA;  
119.                         }  
120.                     }  
121.                     break;  
122.                 case MotionEvent.ACTION_UP:  
123.                     mode = NONE;  
124.                     break;  
125.                 case MotionEvent.ACTION_POINTER_UP:  
126.                     mode = NONE;  
127.                     break;  
128.                 case MotionEvent.ACTION_MOVE:  
129.                     if(vibrator != null)    vibrator.cancel();  
130.                     if(mode == DRAG)  
131.                     {  
132.                         matrix.set(savedMatrix);  
133.                         matrix.postTranslate(event.getX() - startPoint.x, event.getY() - startPoint.y);  
134.                     }  
135.                       
136.                     if(mode == ZOOM)  
137.                     {  
138.                         float newDistance = getDistance(event);  
139.                           
140.                         if(newDistance > 10f)  
141.                         {  
142.                             matrix.set(savedMatrix);  
143.                             float scale = newDistance / oldDistance;  
144.                             matrix.postScale(scale, scale, middlePoint.x, middlePoint.y);  
145.                         }  
146.                     }  
147.                       
148.                     if(mode == ROTA)  
149.                     {  
150.                         float newAngle = getDegree(event);  
151.                         matrix.set(savedMatrix);  
152.                         float degrees = newAngle - oldAngle;  
153.                         matrix.postRotate(degrees, middlePoint.x, middlePoint.y);  
154.                     }  
155.                     break;  
156.                 }  
157.                 setImageMatrix(matrix);  
158.                 invalidate();  
159.                 gdetector.onTouchEvent(event);  
160.                 return true;  
161.             }  
162.         });  
163.     }  
164.   
165.     // 计算两个手指之间的距离  
166.         private float getDistance(MotionEvent event)  
167.         {  
168.             float x = event.getX(0) - event.getX(1);  
169.             float y = event.getY(0) - event.getY(1);  
170.             return FloatMath.sqrt(x * x + y * y);  
171.         }  
172.       
173.         // 计算两个手指所形成的直线和x轴的角度  
174.         private float getDegree(MotionEvent event)  
175.         {  
176.             return (float)(Math.atan((event.getY(1) - event.getY(0)) / (event.getX(1) - event.getX(0))) * 180f);  
177.         }  
178.   
179.         // 计算两个手指之间，中间点的坐标  
180.         private PointF midPoint( MotionEvent event)  
181.         {  
182.             PointF point = new PointF();  
183.             float x = event.getX(0) + event.getX(1);  
184.             float y = event.getY(0) + event.getY(1);  
185.             point.set(x / 2, y / 2);  
186.           
187.             return point;  
188.         }  
189. }  

 

 

下面完善PatImageViewActivity.java的代码，使之如下：

[java]  view plain copy

1. package com.pat.imageview;  
2.   
3. import android.app.Activity;  
4. import android.graphics.Bitmap;  
5. import android.graphics.BitmapFactory;  
6. import android.os.Bundle;  
7. import android.view.Window;  
8. import android.view.WindowManager;  
9.   
10. public class PatImageViewActivity extends Activity  
11. {  
12.     @Override  
13.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState)  
14.     {  
15.         super.onCreate(savedInstanceState);  
16.           
17.         requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);  
18.         this.getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN,   
19.                 WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN);  
20.           
21.         PatImageView piv = new PatImageView(this);  
22.         Bitmap bmp = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.sophie);  
23.   
24.         piv.setImageBitmap(bmp);  
25.           
26.         setContentView(piv);  
27.     }  
28. }  

 

由于有些手势在模拟器上无法模拟，所以就不上运行结果的图片了。本人在真机上运行后(照片就不拍了，有点累啦)，可以轻松做到：

1.     很方便地拖动图片(比如，单指按住屏幕进行拖动)

2.     很方便地缩放图片(比如，双指按住屏幕进行分开或者并拢操作，可分别实现放大或者缩小图片的功能)

3.     长按出现振动后，可以很方便地旋转图片(一个手指固定，另外一个手指围绕那个固定的手指运动)。