作者：Mattt，原文連結，原文日期：2018-10-01 譯者：saitjr；校對：冬瓜，Yousanflics；定稿：Forelax
Dark Mode（深色模式）可謂是 macOS 最受歡迎的特性之一了 —— 尤其是對於你我這樣的開發者來說。我們不僅喜歡文字編輯器是暗色的主題，還很看中整個系統色調的一致性。
過去幾年，和這個特性旗鼓相當的要數 Night Shift（夜覽），它主要是在日夜更替的時候減少對眼睛的勞損。
縱觀這兩個功能，Dynamic Desktop（動態桌面）也就呼之欲出了，當然這也是 Mojave 的新特性之一。進入“系統偏好設定 > 桌面與螢幕保護程式” 並且選擇“動態”，就能得到一個基於地理位置且全天候動態變化的桌布。
效果不僅微妙，而且讓人愉悅。桌面彷彿被賦予了生命，能隨著時間的推移而變化；符合自然規律。（不出意外的話，結合 dark mode 的切換，還會有討喜的特效）
這到底是如何實現的呢？
這便是本週 NSHipster 討論的問題。
答案會深入探究圖片格式，同時涉及一些逆向工程以及球面三角學相關的內容。
理解 Dynamic Desktop 第一步，就是要找到這些動態圖片。
在 macOS Mojave 系統下，開啟訪達，選擇“前往 > 前往資料夾...” （⇧⌘G），輸入“/Library/Desktop Pictures/”。
在這個目錄下，可以找到名為“Mojave.heic”的檔案。雙擊通過預覽開啟。
在預覽中，左邊欄會顯示從 1~16 的縮圖，每張都是不同狀態的沙漠圖。
如果選擇“工具 > 顯示檢查器”（⌘I），可以看到更為詳細的資訊，如下圖所示：
不幸的是，這些就是預覽所展示的全部資訊了（截至發稿前）。即使點選旁邊的“更多資訊檢查器”，我們也只是能得到下面這個表格，其餘的無從得知：
| Color Model | RGB |
|---|---|
| Depth: | 8 |
| Pixel Height | 2,880 |
| Pixel Width | 5,120 |
| Profile Name | Display P3 |
字尾
.heic表示圖片容器採用 HFIF（High-Efficiency Image File Format）編碼，即高效率圖檔格式（這種格式基於 HEVC（High-Efficiency Video Compression），即高效率視訊壓縮，也就是 H.265）。更多資訊，可以參考 WWDC 2017 Session 503 "Introducing HEIF and HEVC"
想要獲得更多的資料，我們還需要腳踏實地，真真切切的深入底層 API。
利用 CoreGraphics 一探究竟
第一步先建立 Xcode Playground。簡單起見，我們將“Mojave.heic”檔案路徑硬編碼到程式碼中。
import Foundation
import CoreGraphics
// 系統版本要求 macOS 10.14 Mojave
let url = URL(fileURLWithPath: "/Library/Desktop Pictures/Mojave.heic")
複製程式碼然後，建立 CGImageSource，拷貝後設資料並遍歷全部標籤：
let source = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, nil)!
let metadata = CGImageSourceCopyMetadataAtIndex(source, 0, nil)!
let tags = CGImageMetadataCopyTags(metadata) as! [CGImageMetadataTag]
for tag in tags {
guard let name = CGImageMetadataTagCopyName(tag),
let value = CGImageMetadataTagCopyValue(tag)
else {
continue
}
print(name, value)
}
複製程式碼執行這段程式碼，會得到兩個值：一個是 hasXMP，值為 "True"，另一個是 solar，它的值是一串看不大懂的資料：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複製程式碼太陽之光
大多數人看到這串文字，就會默默合上 MacBook Pro，大呼告辭。但一定有人發現，這串文字非常像 Base64 編碼 的傑作。
讓我們來驗證一下這個假設：
if name == "solar" {
let data = Data(base64Encoded: value)!
print(String(data: data, encoding: .ascii))
}
複製程式碼 bplist00Ò\u{01}\u{02}\u{03}...
這又是什麼？bplist 後面接了一串亂碼？
利用 PropertyListSerialization 來看看呢...
if name == "solar" {
let data = Data(base64Encoded: value)!
let propertyList = try PropertyListSerialization
.propertyList(from: data,
options: [],
format: nil)
print(propertyList)
}
複製程式碼(
ap = {
d = 15;
l = 0;
};
si = (
{
a = "-0.3427528387535028";
i = 0;
z = "270.9334057827345";
},
...
{
a = "-38.04743388682423";
i = 15;
z = "53.50908581251309";
}
)
)
複製程式碼清晰多了！
首先有兩個一級鍵：
ap 鍵對應的值是包含 d 和 l 兩個鍵的字典，它們的值都是整型。
si 鍵對應的值是包含多個字典的陣列，字典中有整型，也有浮點型的值。在巢狀的字典中，i 最容易理解：它從 0 一直遞增到 15，這表示的是圖片序列的下標。在沒有更多資訊的情況下，很難猜測 a 與 z 的含義，其實它們表示相應圖片中太陽的高度（a）和方位角（z）。
計算太陽的位置
就在我落筆之時，身處北半球的人正在進入秋季，白晝變短，氣溫變低，而南半球的人卻經歷著白晝變長，氣溫變高。季節的變化告訴我們，日照的時長取決於你在星球上的位置，以及星球繞太陽的軌道。
可喜的是，天文學家能告訴你 —— 而且相當準確 —— 太陽在天空中的位置或時間。不可賀的是，這其中的計算十分 複雜。
但老實講，我們並不用過分深究它，在網上能找到相關的程式碼。經過不斷的試錯，它們就能為我所用（歡迎 PR！）：
import Foundation
import CoreLocation
// 位於加州庫比蒂諾的 Apple Park
let location = CLLocation(latitude: 37.3327, longitude: -122.0053)
let time = Date()
let position = solarPosition(for: location, at: time)
let formattedDate = DateFormatter.localizedString(from: time,
dateStyle: .medium,
timeStyle: .short)
print("Solar Position on \(formattedDate)")
print("\(position.azimuth)° Az / \(position.elevation)° El")
複製程式碼Solar Position on Oct 1, 2018 at 12:00 180.73470025840783° Az / 49.27482549913847° El
2018 年 10 月 1 日中午，太陽從南面照射在 Apple Park，大約處於地平線中間，直射頭頂。
如果繪製出太陽一天的位置，我們可以得到一個正弦曲線，這不禁讓人聯想到 Apple Watch 的“太陽錶盤”。
擴充套件對 XMP 的理解
好吧，天文學到此結束。接下來是一個乏味的過程：擺在眼前的 XML 後設資料。
還記得之前的後設資料鍵 hasXMP 嗎？對，就是它沒錯。
XMP（Extensible Metadata Platform），即可擴充套件後設資料平臺，是一種使用後設資料標記檔案的標準格式。XMP 長什麼樣呢？請打起精神來：
let xmpData = CGImageMetadataCreateXMPData(metadata, nil)
let xmp = String(data: xmpData as! Data, encoding: .utf8)!
print(xmp)
複製程式碼<x:xmpmeta xmlns:x="adobe:ns:meta/" x:xmptk="XMP Core 5.4.0">
<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#">
<rdf:Description rdf:about=""
xmlns:apple_desktop="http://ns.apple.com/namespace/1.0/">
<apple_desktop:solar>
<!-- (Base64-Encoded Metadata) -->
</apple_desktop:solar>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>
</x:xmpmeta>
複製程式碼嘔。
不過也幸好我們檢查了一下。之後想要成功自定義 Dynamic Desktop，還得仰仗 apple_desktop 名稱空間。
既然如此，就開始吧。
建立自定義 Dynamic Desktop
首先，建立一個資料模型來表示 Dynamic Desktop：
struct DynamicDesktop {
let images: [Image]
struct Image {
let cgImage: CGImage
let metadata: Metadata
struct Metadata: Codable {
let index: Int
let altitude: Double
let azimuth: Double
private enum CodingKeys: String, CodingKey {
case index = "i"
case altitude = "a"
case azimuth = "z"
}
}
}
}
複製程式碼如前文所述，每個 Dynamic Desktop 都由一個有序的圖片序列構成，每個圖片又包含儲存在 CGImage 物件中的圖片資料和後設資料。Metadata 採用 Codable 型別，是為了編譯器自動合成相關函式。我們能在生成 Base64 編碼的二進位制屬性列表時感受到它的優勢。
寫入圖片目標
首先，建立一個指定輸出 URL 的 CGImageDestination。檔案型別為 heic，資源數量即需要包含的圖片張數。
guard let imageDestination = CGImageDestinationCreateWithURL(
outputURL as CFURL,
AVFileType.heic as CFString,
dynamicDesktop.images.count,
nil
)
else {
fatalError("Error creating image destination")
}
複製程式碼接著，遍歷動態桌面物件中的全部圖片。通過 enumerated() 方法，我們還能獲取到當前 index，這樣就可以在第一張圖片上設定圖片後設資料：
for (index, image) in dynamicDesktop.images.enumerated() {
if index == 0 {
let imageMetadata = CGImageMetadataCreateMutable()
guard let tag = CGImageMetadataTagCreate(
"http://ns.apple.com/namespace/1.0/" as CFString,
"apple_desktop" as CFString,
"solar" as CFString,
.string,
try! dynamicDesktop.base64EncodedMetadata() as CFString
),
CGImageMetadataSetTagWithPath(
imageMetadata, nil, "xmp:solar" as CFString, tag
)
else {
fatalError("Error creating image metadata")
}
CGImageDestinationAddImageAndMetadata(imageDestination,
image.cgImage,
imageMetadata,
nil)
} else {
CGImageDestinationAddImage(imageDestination,
image.cgImage,
nil)
}
}
複製程式碼除了較為繁雜的 Core Graphics API 以外，程式碼可以說非常直觀了。唯一需要進一步解釋的只有 CGImageMetadataTagCreate(_:_:_:_:_:)。
由於圖片與後設資料容器的結構、程式碼的表現形式均不同，所以我們不得不為 DynamicDesktop 實現 Encodable 協議：
extension DynamicDesktop: Encodable {
private enum CodingKeys: String, CodingKey {
case ap, si
}
private enum NestedCodingKeys: String, CodingKey {
case d, l
}
func encode(to encoder: Encoder) throws {
var keyedContainer =
encoder.container(keyedBy: CodingKeys.self)
var nestedKeyedContainer =
keyedContainer.nestedContainer(keyedBy: NestedCodingKeys.self,
forKey: .ap)
// FIXME：不確定此處 `l` 與 `d` 的含義
try nestedKeyedContainer.encode(0, forKey: .l)
try nestedKeyedContainer.encode(self.images.count, forKey: .d)
var unkeyedContainer =
keyedContainer.nestedUnkeyedContainer(forKey: .si)
for image in self.images {
try unkeyedContainer.encode(image.metadata)
}
}
}
複製程式碼有了這個，就可以實現之前程式碼中提到的 base64EncodedMetadata() 方法了：
extension DynamicDesktop {
func base64EncodedMetadata() throws -> String {
let encoder = PropertyListEncoder()
encoder.outputFormat = .binary
let binaryPropertyListData = try encoder.encode(self)
return binaryPropertyListData.base64EncodedString()
}
}
複製程式碼當 for-in 迴圈執行完，也就表明所有圖片和後設資料均被寫入，我們可以呼叫 CGImageDestinationFinalize(_:) 方法終止圖片源，並將圖片寫入磁碟。
guard CGImageDestinationFinalize(imageDestination) else {
fatalError("Error finalizing image")
}
複製程式碼如果一切順利，就可以為重新定義 Dynamic Desktop 的自己而感到驕傲了。棒！
我們非常喜歡 Mojave 的 Dynamic Desktop 特性，並且也很欣慰看到它彷彿重現了 Windows 95 桌布進入主流市場時的輝煌。
如果你也這樣想，下面還有些想法可供參考：
照片自動生成 Dynamic Desktop
讓人振奮的是，天體運動這樣高不可攀的研究，竟然可以簡化用二元方程來表達：時間與位置。
在之前的例子中，這部分資訊都是硬編碼的，但其實它們可以通過讀取圖片資料來自動獲取。
預設情況下，絕大部分手機的相機都會捕獲拍攝時的 Exif 後設資料。後設資料包含了照片拍攝的時間，以及當時裝置的 GPS 座標。
通過讀取後設資料中的時間與位置資訊，能自動獲取太陽的位置，那麼從一系列圖片中生成 Dynamic Desktop 也就順理成章了。
iPhone 上的延時攝影
想要好好利用手上全新的 iPhone Xs 嗎？（更確切的說，“在糾結賣不賣舊 iPhone 的時候，可以先用它來做些有創意的事？”）
將手機充上電，擺在窗前，開啟相機的延時攝影模式，點選“拍攝”按鈕。從最後的視訊中選出一些關鍵幀，就可以製作專屬 Dynamic Desktop 了。
當然，你可以看看 Skyflow 這類應用，它能設定時間間隔來拍攝靜態圖片。
通過 GIS 資料打造風景
如果你無法忍受手機一整天不在身邊（傷心），又或者沒什麼標誌性景象值得拍攝（依然傷心），你還可以創造一個屬於自己的世界（這比現實本身還要令人傷心）。
可以選擇用 Terragen 這類應用，它打造了一個逼真的 3D 世界，還能對太陽、地球、天空進行微調。
想要更加簡化，還可以從美國地質調查局的 國家地圖網站 上下載高程地圖，以用於 3D 渲染的模板。
下載預製的 Dynamic Desktops
再或者，你每天都非常多的工作要做，抽不出時間搗騰好看的圖片，也可以選擇付費從別人那裡購買。
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