一文弄懂CGAffineTransform和CTM

iOS小熊發表於2021-10-18
一文弄懂CGAffineTransform和CTM
  • 一些概念

座標空間(系):檢視(View)座標空間與繪製(draw)座標空間
CTM:全稱current transformation matrix,看名稱 “當前變換矩陣” 也就是矩陣。
CGAffineTransform:是一個具體的矩陣資料值。CGAffineTransform是CTM的具體值。
  • 關於矩陣變換

相同CGAffineTransform作用於不同的座標空間,其結果不一樣。

移動:

檢視空間 中心為原點,向右為x遞增,向下y遞增,CGAffineTransformMakeTranslation(-75, 25);  左移75,下移25
繪製空間 左下點為原點,向右為x遞增,向上y遞增,CGAffineTransformMakeTranslation(-75, 25);  左移75,上移25

檢視空間示例:_demoView.transform = CGAffineTransformMakeTranslation(-75, 25);

繪製空間示例:
CGContextConcatCTM(ctx, CGAffineTransformMakeTranslation(-75, 25));
CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);


旋轉:
檢視空間 中心為原點,向右為x遞增,向下y遞增, transform = CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2); 圍繞中心點,逆時針旋轉90度
繪製空間 左下點為原點,向右為x遞增,向上y遞增 transform = CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2); 圍繞左下角點,順時針旋轉90度

檢視空間示例:_demoView.transform = CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2);

繪製空間示例:
CGContextConcatCTM(ctx, CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2););
CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);

縮放:
檢視空間 預設以中心點為原點 transform = CGAffineTransformMakeScale(1, -1); 沿著中心X軸線豎直翻轉
繪製空間 預設以左下角為原點 transform = CGAffineTransformMakeScale(1, -1); 沿著X軸橫線豎直翻轉

檢視空間示例:_demoView.transform = CGAffineTransformMakeScale(1, -1);

繪製空間示例:
CGContextConcatCTM(ctx, CGAffineTransformMakeScale(1, -1));
CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);

一文弄懂CGAffineTransform和CTM
如果我們現在想要把上面的圖片逆時針旋轉90度,可以使用CGAffineTransform組合的方式。這裡提供兩種轉換方式,都是採用的平移、旋轉,執行順序不同導致,給的引數也不同。後續說明原因。
方法一:

//移動到螢幕右邊
transform = CGAffineTransformTranslate(transform, imageHeight,0);
//逆時針旋轉90度
transform = CGAffineTransformRotate(transform, M_PI_2);
//將transform作用於context
CGContextConcatCTM(ctx, transform);
CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);


方法二:
//逆時針旋轉90度
transform = CGAffineTransformRotate(transform, M_PI_2);
//右移圖片高度的距離
transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0,-imageHeight);
CGContextConcatCTM(ctx, transform);
CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);

執行結果如下
一文弄懂CGAffineTransform和CTM
CGAffineTransformRotate組合座標系問題
注意:所有的變換都會影響到座標系產生新的座標系。比如:旋轉轉換,座標系也跟著旋轉,按照X軸翻轉縮放,座標系也會翻轉。
解釋一下逆時針旋轉圖片 方法一 和 方法二
方法一比較容易理解,
1.右移圖片寬度
2.左下角 為圓心,逆時針旋轉90度。


重點說明下方法二
1.逆時針旋轉90度
2.右移圖片高度。

逆時針旋轉大家容易理解,但是,右移圖片高度為什麼是transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0,-imageHeight);???
謎底是,逆時針旋轉的時候,座標系也跟著逆時針旋轉90度,變成了右下角為原點,y左邊遞增,右邊遞減。x上方向遞增,下方向遞減。所以此時想要把圖片向右邊移動-imageHeight的距離,按照新的座標系,就是往y軸的遞減方向走。也就有了transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0,-imageHeight);

  • 關於CGContextDrawImage

DrawImage繪製什麼情況是顛倒的,什麼情況不是顛倒的,座標系又是什麼樣的?

使用UIGraphicsGetCurrentContext()獲取的上下文,CGContextDrawImage是顛倒的。想要正向的圖片需要做CTM變換。
-(void)drawImage{
    
    CGFloat imageWidth = CGImageGetWidth(self.image.CGImage);
    CGFloat imageHeight = CGImageGetHeight(self.image.CGImage);
    
    UIGraphicsBeginImageContextWithOptions(CGSizeMake(imageWidth, imageHeight), 0, [UIScreen mainScreen].scale);
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

//,為了保證正向顯示圖片,需要先上移圖片高度,再沿X軸翻轉。
//    CGContextTranslateCTM(context, 0, imageHeight);
//    CGContextScaleCTM(context, 1, -1);
// 使用轉換之後的座標系繪製圖片
    CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);
    
    UIImage *newImg = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext();
    
    UIGraphicsEndImageContext();
    
    self.imageView.image = newImg;
}

 自己建立點陣圖,再呼叫CGContextDrawImage,並不會出現上下顛倒的問題。
-(void)drawImage{
    
    CGFloat imageWidth = CGImageGetWidth(self.image.CGImage);
    CGFloat imageHeight = CGImageGetHeight(self.image.CGImage);
    
    //建立點陣圖上下文
    CGContextRef ctx = CGBitmapContextCreate(NULL, imageHeight,imageWidth,
                                             CGImageGetBitsPerComponent(self.image.CGImage), 0,
                                             CGImageGetColorSpace(self.image.CGImage),
                                             CGImageGetBitmapInfo(self.image.CGImage));
    //這裡drawImage是正的。
    CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);
    CGImageRef cgimg = CGBitmapContextCreateImage(ctx);
    UIImage *img = [UIImage imageWithCGImage:cgimg];
    CGContextRelease(ctx);
    CGImageRelease(cgimg);
    self.imageView.image = img;
    return ;
}

CGContextDrawImage的座標系
預設是以左下角為座標原點開始繪製,但是,But,通過一系列的CTM轉換之後,最終的繪製座標CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight)是根據新的座標系計算的。比如逆時針旋轉90度的例子,新座標系 原點為右下角,y左邊遞增,右邊遞減。x上方向遞增

CGContextDrawImage(ctx, CGRectMake(100, 100, imageWidth, imageHeight), self.image.CGImage);

關於CGRectApplyAffineTransform轉換CGRect

  • 關於CGRectApplyAffineTransform轉換CGRect

CGrectApplyAffineTrans對於平移、縮放、旋轉的表現情況


CGRectApplyAffineTransform(CGRect rect, CGAffineTransform t) 在當前座標系,對rect做仿射變換之後,得到的新rect。
//平移
    CGRect rc = CGRectMake(100, 0, 100, 200);
    //列印結果為(200, 100, 100, 200);
    CGRect newRC = CGRectApplyAffineTransform(rc, CGAffineTransformMakeTranslation(100, 100));

//縮放
    CGRect rc = CGRectMake(100, 0, 100, 200);
    //列印結果為 (200, 0, 200, 400); 所有值都乘了2
    CGRect newRC = CGRectApplyAffineTransform(rc, CGAffineTransformMakeScale(2, 2));


//旋轉
    CGAffineTransform transform = CGAffineTransformMakeTranslation(0, 0);
    transform = CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2);
    
    CGRect rc = CGRectMake(100, 0, 100, 200);
    //列印結果為(0, -200, 200, 100); 得到的是相對於(0,0)旋轉90度的值
    CGRect newRC = CGRectApplyAffineTransform(rc, transform);
   

//平移 + 縮放
    CGAffineTransform transform = CGAffineTransformMakeTranslation(100, 100);
    transform = CGAffineTransformScale(transform, 2, 2);
    CGRect rc = CGRectMake(100, 0, 100, 200);
    //列印為(300, 100, 200, 400); 先計算了縮放,再計算平移得到此值
    CGRect newRC = CGRectApplyAffineTransform(rc, transform);

//平移+旋轉
    CGAffineTransform transform = CGAffineTransformMakeTranslation(100, 100);
    transform = CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2);
    
    CGRect rc = CGRectMake(100, 0, 100, 200);
    //列印為(100, -100, 200, 100);  先計算了旋轉,再計算平移得到此值
    CGRect newRC = CGRectApplyAffineTransform(rc, transform);

//平移 + 旋轉 + 縮放

    CGAffineTransform transform = CGAffineTransformMakeTranslation(100, 100);
    transform = CGAffineTransformRotate(transform, -M_PI_2);
    transform = CGAffineTransformScale(transform, 2, 2);
    CGRect rc = CGRectMake(100, 0, 100, 200);
    //列印為 (100, -300, 400, 200); 先計算了旋轉/縮放,再計算平移得到此值
    CGRect newRC = CGRectApplyAffineTransform(rc, transform);

總結:
    平移:CGRectApplyAffineTransform對於平移轉換是與實際變換結果一致的。
    旋轉:以當前座標系原點(0,0)進行旋轉計算後的值。
    縮放:得到的結果為,rect中的各個值乘以縮放比例。
    組合變換:先計算旋轉和縮放,最後計算平移

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