Класс AlphaComposite

public final class AlphaComposite extends Object implements Composite

Класс AlphaComposite реализует основные правила альфа-композиции для объединения исходных и целевых цветов, чтобы добиться эффектов смешивания и прозрачности с графикой и изображениями. Конкретные правила, реализованные этим классом, представляют собой базовый набор из 12 правил, описанных в статье Т. Портера и Т. Даффа "Композиция цифровых изображений" (SIGGRAPH 84, 253-259). Остальная часть этой документации предполагает некоторое знакомство с определениями и концепциями, изложенными в этой статье.

Этот класс расширяет стандартные уравнения, определенные Портером и Даффом, включив в него один дополнительный фактор. Экземпляр класса AlphaComposite может содержать значение альфа, используемое для изменения непрозрачности или охвата каждого исходного пикселя перед его использованием в уравнениях смешивания.

Важно отметить, что уравнения, определенные в статье Портера и Даффа, определены для работы с цветовыми компонентами, предварительно умноженными на соответствующие альфа-компоненты. Так как классы ColorModel и Raster позволяют хранить данные пикселей в предварительно умноженном или неумноженном виде, все входные данные должны быть приведены к предварительно умноженному виду перед применением уравнений, а все результаты могут потребовать корректировки обратно к форме, необходимой для назначения, перед сохранением значений пикселей.

Также обратите внимание, что этот класс определяет только уравнения для объединения цветовых и альфа-значений в чисто математическом смысле. Точное применение его уравнений зависит от способа извлечения данных из источников и хранения их в назначениях. Дополнительную информацию см. в разделе Особые случаи реализации.

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

Факторы

Фактор	Определение
As	альфа-компонент исходного пикселя
Cs	компонент цвета исходного пикселя в предварительно умноженном виде
Ad	альфа-компонент целевого пикселя
Cd	компонент цвета целевого пикселя в предварительно умноженном виде
Fs	доля исходного пикселя, которая вносит вклад в вывод
Fd	доля целевого пикселя, которая вносит вклад в вывод
Ar	альфа-компонент результата
Cr	компонент цвета результата в предварительно умноженном виде

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 приведены в описаниях 12 статических полей, которые задают визуальные эффекты. Например, описание для SRC_OVER указывает, что F_s = 1 и F_d = (1-A_s). После того, как будет известен набор уравнений для определения факторов смешивания, их можно применить к каждому пикселю, чтобы получить результат, используя следующий набор уравнений:

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

Следующие факторы будут использоваться для обсуждения наших расширений уравнения смешивания в статье Портера и Даффа:

Факторы

Фактор	Определение
Csr	один из исходных цветовых компонентов исходного пикселя
Cdr	один из исходных цветовых компонентов целевого пикселя
Aac	"дополнительный" альфа-компонент из экземпляра AlphaComposite
Asr	исходный альфа-компонент исходного пикселя
Adr	исходный альфа-компонент целевого пикселя
Adf	конечный альфа-компонент, хранящийся в назначении
Cdf	конечный исходный цветовой компонент, хранящийся в назначении

Подготовка входных данных

Класс AlphaComposite определяет дополнительное значение альфа, которое применяется к исходному альфа. Это значение применяется как если бы правило SRC_IN было применено к исходному пикселю против пикселя с указанным альфа путем умножения как исходного альфа, так и исходных цветов на альфа в экземпляре AlphaComposite. Это приводит к следующему уравнению для вычисления альфа, используемого в уравнении смешивания Портера и Даффа:

      As = Asr * Aac 

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

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

Не требуется никаких корректировок для целевого альфа:

      Ad = Adr 

Целевые цветовые компоненты необходимо корректировать только в том случае, если они не в предварительно умноженном формате:

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

Применение уравнения смешивания

Откорректированные A_s, A_d, C_s и C_d используются в стандартных уравнениях Портера и Даффа для вычисления факторов смешивания F_s и F_d, а затем полученных предварительно умноженных компонентов A_r и C_r.

Подготовка результатов

Результаты необходимо корректировать 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 неопределено, если результирующий альфа равен нулю, деление в этом случае опускается, чтобы избежать деления на ноль, и цветовые компоненты остаются равными нулю.

Учет производительности

По соображениям производительности предпочтительно, чтобы объекты Raster, передаваемые методу compose объекта CompositeContext, созданного классом AlphaComposite, имели предварительно умноженные данные. Однако, если исходные данные Raster или целевые данные Raster не предварительно умножены, перед и после операции композиции выполняются соответствующие преобразования.

Особые случаи реализации

• Многие источники, такие как некоторые типы непрозрачных изображений, перечисленные в классе BufferedImage, не хранят альфа-значения для своих пикселей. Такие источники предоставляют альфа-значение 1.0 для всех своих пикселей.
• Многие назначения также не имеют места для хранения альфа-значений, полученных в результате вычислений смешивания, выполняемых этим классом. Такие назначения неявно отбрасывают полученные альфа-значения, производимые этим классом. Рекомендуется, чтобы такие назначения обрабатывали свои сохранённые цветовые значения как непредперумноженные 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 назначении. Формат изображения, предоставляющий как минимум 8 бит памяти на каждый цветовой и альфа-компонент, по крайней мере, достаточен для использования в качестве назначения для последовательности от нескольких до дюжины операций композитинга. Формат изображения с менее чем 8 битами памяти на компонент имеет ограниченное применение для одной или двух операций композитинга, прежде чем ошибки округления начнут 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 назначения для операции смешивания, поскольку каждая операция может вносить значительные ошибки из-за необходимости выбрать пиксель из ограниченной палитры для соответствия результатам уравнений смешивания.
• Почти все форматы хранят пиксели как дискретные целые числа, а не как значения с плавающей запятой, используемые в справочных уравнениях выше. Реализация может либо масштабировать целочисленные значения пикселей до значений с плавающей запятой в диапазоне от 0,0 до 1,0, либо использовать слегка измененные версии уравнений, которые работают полностью в целочисленной области и тем не менее производят 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 2^n-1 (где n — количество бит 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 из уравнений и может также устранить некоторые шаги, чтобы избежать ненужных операций. Например, рассмотрим дискретное целочисленное изображение с непредперумноженными 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 арифметические операции и это значение компонуется в режиме SRC без дополнительного альфа-канала, то математические вычисления покажут, что результаты (в целочисленном формате) равны:

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

  Обратите внимание, что промежуточные значения, которые всегда имеют предперумноженный вид, позволят целочисленному компоненту красного цвета быть либо 0x00, либо 0x01. Когда мы пытаемся сохранить этот результат обратно в назначение, которое не имеет предперумноженного вида, деление на альфа даст нам очень мало вариантов для непредперумноженного значения красного цвета. В этом случае реализация, выполняющая вычисления в целочисленном пространстве без сокращений, скорее всего, получит окончательные 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 формате хранения 8 бит.)

  В качестве альтернативы, реализация, использующая математику с плавающей запятой, может производить более точные результаты и возвращаться к исходному значению пикселя с минимальными, если таковые имеются, ошибками округления. Или реализация, использующая целочисленную математику, может решить, что поскольку уравнения сводятся к виртуальному NOP над цветовыми значениями, если они выполняются в пространстве с плавающей запятой, она может передать пиксель без изменений в назначение и вообще избежать всех вычислений.

  Все эти реализации пытаются выполнить те же уравнения, но используют различные компромиссы между целочисленной и математикой с плавающей запятой, а также упрощёнными или полными уравнениями. Чтобы учесть такие различия, вероятно, лучше всего ожидать, что предперумноженная форма результатов будет совпадать между реализациями и форматами изображений. В этом случае оба ответа, выраженные в предперумноженной форме, будут эквивалентны:

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

  и, следовательно, они все будут совпадать.

• Из-за техники упрощения уравнений для повышения эффективности вычислений некоторые реализации могут вести себя по-разному при встрече с результатом альфа-значения 0,0 в назначении без предперумножения. Обратите внимание, что упрощение удаления деления на альфа в случае правила SRC технически не является корректным, если знаменатель (альфа) равен 0. Но, поскольку результаты должны быть точными только при просмотре в предперумноженном формате, полученное альфа-значение 0 фактически делает полученные цветовые компоненты несущественными, и поэтому точного поведения в этом случае ожидать не следует.