Класс AlphaComposite

public final class AlphaComposite extends Object implements Composite

Класс AlphaComposite реализует базовые правила альфа-компоновки для объединения цветов источника и назначения для достижения эффектов смешивания и прозрачности с графикой и изображениями. Указанные правила в данном классе представляют собой базовый набор из 12 правил, описанных в работе Т. Портера и Т. Даффа "Компоновка цифровых изображений", SIGGRAPH 84, 253-259. Остальная часть документации предполагает некоторое знакомство с определениями и концепциями, изложенными в этой статье.

Данный класс расширяет стандартные уравнения, определённые Портером и Даффом, включив в себя дополнительный фактор. Экземпляр класса AlphaComposite может содержать значение альфа, которое используется для изменения непрозрачности или покрытия каждого пикселя источника перед использованием его в уравнениях смешивания.

Важно отметить, что уравнения, определённые в статье Портера и Даффа, определены для работы с цветовыми компонентами, предварительно умноженными на соответствующие альфа-компоненты. Поскольку классы ColorModel и Raster позволяют хранить данные пикселей в предварительно умноженном или неумноженном формате, все входные данные должны быть нормализованы в предварительно умноженный формат перед применением уравнений, а все результаты могут потребовать корректировки до формата, требуемого назначением, перед сохранением значений пикселей.

Также обратите внимание, что этот класс определяет только уравнения для объединения значений цвета и альфы в чисто математическом смысле. Точное применение его уравнений зависит от способа извлечения данных из источников и хранения в пунктах назначения. Дополнительную информацию см. в разделе Особенности реализации.

В описании уравнения смешивания в работе Портера и Даффа используются следующие факторы:

Факторы

Фактор	Определение
As	альфа-компонент пикселя источника
Cs	компонент цвета пикселя источника в предварительно умноженном формате
Ad	альфа-компонент пикселя назначения
Cd	компонент цвета пикселя назначения в предварительно умноженном формате
Fs	доля пикселя источника, которая вносит вклад в выходное значение
Fd	доля пикселя назначения, которая вносит вклад в выходное значение
Ar	альфа-компонент результата
Cr	компонент цвета результата в предварительно умноженном формате

Используя эти факторы, Портер и Дафф определяют 12 способов выбора факторов смешивания F_s и F_d для получения каждого из 12 желаемых визуальных эффектов. Уравнения для определения F_s и F_d указаны в описаниях 12 статических полей, которые определяют визуальные эффекты. Например, описание для SRC_OVER указывает, что F_s = 1 и F_d = (1-A_s). После того, как известен набор уравнений для определения факторов смешивания, их можно применить к каждому пикселю для получения результата, используя следующий набор уравнений:

      Fs = f(Ad)
      Fd = f(As)
      Ar = As*Fs + Ad*Fd
      Cr = Cs*Fs + Cd*Fd

В дальнейшем описании расширений уравнения смешивания, предложенного Портером и Даффом, будут использоваться следующие факторы:

Факторы

Фактор	Определение
Csr	один из исходных цветовых компонентов пикселя источника
Cdr	один из исходных цветовых компонентов пикселя назначения
Aac	"дополнительный" альфа-компонент из экземпляра AlphaComposite
Asr	исходный альфа-компонент пикселя источника
Adr	исходный альфа-компонент пикселя назначения
Adf	окончательный альфа-компонент, сохранённый в пункте назначения
Cdf	окончательный исходный цветовой компонент, сохранённый в пункте назначения

Подготовка входных данных

Класс AlphaComposite определяет дополнительное значение альфа, которое применяется к альфе источника. Это значение применяется как если бы правило SRC_IN было сначала применено к пикселю источника против пикселя с указанной альфой, умножив при этом как исходный альфа-компонент, так и исходные цветовые компоненты на альфу в экземпляре AlphaComposite. Это приводит к следующему уравнению для получения альфы, используемой в уравнении смешивания Портера и Даффа:

      As = Asr * Aac 

Все исходные цветовые компоненты должны быть умножены на альфу в экземпляре AlphaComposite. Кроме того, если источник не был в предварительно умноженном формате, то цветовые компоненты также должны быть умножены на альфу источника. Таким образом, уравнение для получения цветовых компонентов источника для уравнения Портера и Даффа зависит от того, являются ли пиксели источника предварительно умноженными или нет:

      Cs = Csr * Asr * Aac     (if source is not premultiplied)
      Cs = Csr * Aac           (if source is premultiplied) 

Корректировка альфы назначения не требуется:

      Ad = Adr 

Цветовые компоненты назначения должны быть скорректированы только в том случае, если они не находятся в предварительно умноженном формате:

      Cd = Cdr * Ad    (if destination is not premultiplied)
      Cd = Cdr         (if destination is premultiplied) 

Применение уравнения смешивания

Скорректированные значения A_s, A_d, C_s и C_d используются в стандартных уравнениях Портера и Даффа для расчета факторов смешивания F_s и F_d, а затем — результирующих предварительно умноженных компонентов A_r и C_r.

Подготовка результатов

Результаты необходимо скорректировать только в том случае, если они должны быть сохранены обратно в буфер назначения, содержащий данные, которые не предварительно умножены, используя следующие уравнения:

      Adf = Ar
      Cdf = Cr                 (if dest is premultiplied)
      Cdf = Cr / Ar            (if dest is not premultiplied) 

Обратите внимание, что поскольку деление неопределенно, если результирующая альфа равна нулю, деление в этом случае опущено, чтобы избежать "деления на ноль", а цветовые компоненты остаются равными нулю.

Усовершенствования производительности

По соображениям производительности желательно, чтобы объекты Raster , передаваемые в метод compose объекта CompositeContext, созданного классом AlphaComposite , имели данные в предварительно умноженном формате. Однако, если источник Raster или назначение Raster не предварительно умножены, перед и после операции компоновки выполняются соответствующие преобразования.

Особенности реализации

• Многие источники, такие как некоторые непрозрачные типы изображений, перечисленные в классе BufferedImage, не хранят альфа-значения для своих пикселей. Такие источники предоставляют альфа-значение 1.0 для всех своих пикселей.
• Многие получатели также не имеют места для хранения альфа-значений, полученных в результате расчётов смешивания, выполняемых этим классом. Таким образом, такие получатели неявно отбрасывают полученные альфа-значения, производимые этим классом. Рекомендуется, чтобы такие получатели рассматривали свои сохранённые цветовые значения как не-предприумноженные и делили полученные цветовые значения на полученное альфа-значение перед сохранением цветовых значений и отбрасыванием альфа-значения.
• Точность результатов зависит от способа хранения пикселей в получателе. Формат изображения, который предоставляет не менее 8 бит памяти на каждый цветовой и альфа-компонент, по крайней мере, достаточен для использования в качестве получателя для последовательности от нескольких до дюжины операций композитинга. Формат изображения с менее чем 8 битами памяти на компонент ограниченно пригоден для одной или двух операций композитинга, прежде чем погрешности округления будут доминировать в результатах. Формат изображения, который не хранит цветовые компоненты отдельно, не является хорошим кандидатом для любого типа полупрозрачного смешивания. Например, BufferedImage.TYPE_BYTE_INDEXED не следует использовать в качестве получателя для операции смешивания, потому что каждая операция может вводить большие ошибки из-за необходимости выбрать пиксель из ограниченной палитры, чтобы соответствовать результатам уравнений смешивания.
• Почти все форматы хранят пиксели как дискретные целые числа, а не как значения с плавающей запятой, используемые в вышеприведённых справочных уравнениях. Реализация может либо масштабировать целочисленные значения пикселей до значений с плавающей запятой в диапазоне от 0,0 до 1,0, либо использовать слегка изменённые версии уравнений, которые работают полностью в целочисленной области и при этом дают аналогичные результаты справочным уравнениям.

  Обычно целочисленные значения связаны со значениями с плавающей запятой таким образом, что целое число 0 приравнивается к значению с плавающей запятой 0,0, а целое число 2ⁿ-1 (где n — количество битов в представлении) приравнивается к 1,0. Для 8-битных представлений это означает, что 0x00 представляет 0,0, а 0xff представляет 1,0.

• Внутренняя реализация может аппроксимировать некоторые уравнения и также может исключить некоторые шаги, чтобы избежать ненужных операций. Например, рассмотрим дискретное целочисленное изображение с не-предприумноженными альфа-значениями, которое использует 8 бит на компонент для хранения. Сохранённые значения для почти прозрачного затемнённого красного могут быть:

      (A, R, G, B) = (0x01, 0xb0, 0x00, 0x00)

  Если используются целочисленные вычисления, и это значение смешивается в режиме SRC без дополнительной альфы, то математика укажет, что результаты (в целочисленном формате):

      (A, R, G, B) = (0x01, 0x01, 0x00, 0x00)

  Обратите внимание, что промежуточные значения, которые всегда находятся в предприумноженном виде, позволят целочисленному красному компоненту быть либо 0x00, либо 0x01. Когда мы попытаемся сохранить этот результат обратно в получатель, который не предприумножен, деление на альфу даст нам очень мало вариантов для не-предприумноженного красного значения. В этом случае реализация, выполняющая вычисления в целочисленном пространстве без сокращений, скорее всего, получит конечные значения пикселей:

      (A, R, G, B) = (0x01, 0xff, 0x00, 0x00)

  (Обратите внимание, что 0x01, делённое на 0x01, даёт вам 1,0, что эквивалентно значению 0xff в 8-битном формате хранения.)

  В качестве альтернативы, реализация, использующая вычисления с плавающей запятой, может дать более точные результаты и вернуться к исходному значению пикселя с незначительной, если вообще, погрешностью округления. Или реализация, использующая целочисленные вычисления, может решить, что поскольку уравнения сводятся к виртуальному NOP для цветовых значений, если они выполняются в пространстве с плавающей запятой, она может без изменений передать пиксель получателю и избежать всех вычислений.

  Все эти реализации пытаются выполнить те же уравнения, но используют различные компромиссы между целочисленными и вычислениями с плавающей запятой и сокращёнными или полными уравнениями. Чтобы учесть такие различия, вероятно, лучше всего ожидать только то, что предприумноженная форма результатов будет совпадать между реализациями и форматами изображений. В этом случае оба ответа, выраженные в предприумноженной форме, будут эквивалентны:

      (A, R, G, B) = (0x01, 0x01, 0x00, 0x00)

  и, следовательно, они будут совпадать.

• Из-за техники упрощения уравнений для повышения эффективности вычислений некоторые реализации могут вести себя по-разному при встрече с результатами альфа-значения 0,0 в не-предприумноженном получателе. Обратите внимание, что упрощение удаления деления на альфу в случае правила SRC технически недействительно, если знаменатель (альфа) равен 0. Но поскольку результаты должны быть точными только при просмотре в предприумноженном виде, альфа-значение 0 фактически делает результирующие цветовые компоненты неважными, и поэтому точного поведения в этом случае ожидать не следует.