Класс AlphaComposite

public final class AlphaComposite extends Object implements Composite

Класс AlphaComposite реализует базовые правила альфа-композиции для объединения исходных и целевых цветов с целью достижения эффектов смешивания и прозрачности в графике и изображениях. Конкретные правила, реализованные этим классом, представляют собой базовый набор из 12 правил, описанных в статье Т. Портера и Т. Даффа «Compositing Digital Images», SIGGRAPH 84, 253–259. В остальной части этой документации предполагается знакомство с определениями и понятиями, изложенными в этой статье.

Этот класс расширяет стандартные уравнения, определённые Портером и Даффом, добавляя один дополнительный множитель. Экземпляр класса AlphaComposite может содержать значение альфа-канала, которое используется для изменения непрозрачности или покрытия каждого исходного пикселя перед его применением в уравнениях смешивания.

Важно отметить, что уравнения, определённые в статье Портера и Даффа, предназначены для работы с цветовыми компонентами, предварительно умноженными на соответствующие компоненты альфа-канала. Поскольку классы ColorModel и Raster позволяют хранить данные пикселей как в предварительно умноженной, так и в обычной форме, все входные данные перед применением уравнений необходимо нормализовать до предварительно умноженной формы, а все результаты, возможно, потребуется преобразовать обратно в форму, требуемую целевым объектом, прежде чем сохранять значения пикселей.

Также обратите внимание, что этот класс определяет только уравнения для объединения значений цвета и альфа-канала в чисто математическом смысле. Точность применения этих уравнений зависит от способа получения данных из источников и сохранения их в целевых объектах. Дополнительную информацию см. в разделе Особенности реализации.

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

Множители

Множитель	Определение
As	компонент альфа-канала исходного пикселя
Cs	цветовая компонента исходного пикселя в предварительно умноженной форме
Ad	компонент альфа-канала целевого пикселя
Cd	цветовая компонента целевого пикселя в предварительно умноженной форме
Fs	доля исходного пикселя, участвующая в формировании результата
Fd	доля целевого пикселя, участвующая в формировании результата
Ar	компонент альфа-канала результата
Cr	цветовая компонента результата в предварительно умноженной форме

Используя эти множители, Портер и Дафф определяют 12 способов выбора множителей смешивания F_s и F_d для получения каждого из 12 желаемых визуальных эффектов. Уравнения для вычисления F_s и F_d приведены в описаниях 12 статических полей, задающих визуальные эффекты. Например, в описании SRC_OVER указано, что F_s = 1 и F_d = (1-A_s). После определения набора уравнений для вычисления множителей смешивания их можно применить к каждому пикселю, чтобы получить результат с помощью следующего набора уравнений:

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

Для описания наших расширений уравнения смешивания из статьи Портера и Даффа будут использоваться следующие множители:

Множители

Множитель	Определение
Csr	одна из исходных цветовых компонент исходного пикселя
Cdr	одна из исходных цветовых компонент целевого пикселя
Aac	«дополнительный» компонент альфа-канала экземпляра AlphaComposite
Asr	исходный компонент альфа-канала исходного пикселя
Adr	исходный компонент альфа-канала целевого пикселя
Adf	итоговый компонент альфа-канала, сохраняемый в целевом объекте
Cdf	итоговая исходная цветовая компонента, сохраняемая в целевом объекте

Подготовка входных данных

Класс AlphaComposite определяет дополнительное значение альфа-канала, применяемое к исходному альфа-каналу. Это значение применяется так, как если бы к исходному пикселю сначала применялось неявное правило SRC_IN относительно пикселя с указанным значением альфа-канала: исходный исходный альфа-канал и исходные цвета умножаются на значение альфа-канала в AlphaComposite. В результате получается следующее уравнение для вычисления альфа-канала, используемого в уравнении смешивания Портера и Даффа:

     As = Asr * Aac 

Все исходные цветовые компоненты необходимо умножить на значение альфа-канала в экземпляре AlphaComposite. Кроме того, если исходный пиксель не был в предварительно умноженной форме, цветовые компоненты также необходимо умножить на исходный альфа-канал. Таким образом, уравнение для вычисления цветовых компонент источника для уравнения Портера и Даффа зависит от того, были ли исходные пиксели предварительно умножены:

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

Корректировать альфа-канал целевого объекта не требуется:

     Ad = Adr 

Цветовые компоненты целевого объекта необходимо корректировать, только если они не представлены в предварительно умноженной форме:

     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 вычисления множителей смешивания F_s и F_d, а затем итоговых предварительно умноженных компонент A_r и C_r.

Подготовка результатов

Корректировать результаты нужно только в том случае, если они будут записаны обратно в буфер целевого объекта, содержащий данные без предварительного умножения. Для этого используются следующие уравнения:

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

Обратите внимание, что, поскольку деление не определено, если итоговый альфа-канал равен нулю, в этом случае деление пропускается, чтобы избежать «деления на ноль», а цветовые компоненты остаются равными нулю.

Производительность

Для повышения производительности желательно, чтобы объекты Raster, передаваемые методу compose объекта CompositeContext, созданного классом AlphaComposite, содержали предварительно умноженные данные. Однако, если исходный Raster или целевой Raster не представлен в предварительно умноженной форме, до и после операции композиции выполняются соответствующие преобразования.

Особенности реализации

• Многие источники, например некоторые непрозрачные типы изображений, перечисленные в классе BufferedImage, не хранят значения альфа-канала для своих пикселей. Такие источники задают для всех своих пикселей значение альфа-канала 1.0.
• Во многих целевых объектах также нет места для хранения значений альфа-канала, полученных в результате вычислений смешивания, выполняемых этим классом. Поэтому такие целевые объекты неявно отбрасывают результирующие значения альфа-канала, созданные этим классом. Рекомендуется, чтобы такие целевые объекты рассматривали хранимые значения цвета как непредварительно умноженные и делили результирующие значения цвета на результирующее значение альфа-канала перед сохранением цветов и отбрасыванием альфа-канала.
• Точность результатов зависит от способа хранения пикселей в целевом объекте. Формат изображения, обеспечивающий не менее 8 бит для хранения каждой цветовой компоненты и компоненты альфа-канала, вполне подходит для использования в качестве целевого объекта при последовательности из нескольких — примерно десятка — операций композиции. Формат изображения с менее чем 8 битами на компоненту пригоден лишь для одной или двух операций композиции, прежде чем ошибки округления начнут преобладать над результатами. Формат изображения, в котором цветовые компоненты не хранятся отдельно, плохо подходит для смешивания полупрозрачных изображений. Например, BufferedImage.TYPE_BYTE_INDEXED не следует использовать как целевой объект для операции смешивания, поскольку каждая операция может приводить к большим ошибкам из-за необходимости выбирать пиксель из ограниченной палитры, чтобы приблизить результаты уравнений смешивания.
• Почти во всех форматах пиксели хранятся в виде целых чисел, а не значений с плавающей точкой, используемых в приведённых выше эталонных уравнениях. Реализация может либо масштабировать целочисленные значения пикселей до значений с плавающей точкой в диапазоне от 0.0 до 1.0, либо использовать слегка изменённые версии уравнений, работающие исключительно с целыми числами, но дающие результаты, аналогичные эталонным.

  Обычно целочисленные значения связаны со значениями с плавающей точкой так, что целое число 0 соответствует значению с плавающей точкой 0.0, а целое число 2^n-1 (где n — количество битов в представлении) соответствует 1.0. Для 8-битных представлений это означает, что 0x00 соответствует 0.0, а 0xff — 1.0.

• Внутренняя реализация может приближённо вычислять некоторые уравнения, а также исключать некоторые шаги, чтобы избежать ненужных операций. Например, рассмотрим дискретное целочисленное изображение с непредварительно умноженными значениями альфа-канала, в котором для хранения каждой компоненты используется 8 бит. Сохранённые значения почти прозрачного тёмно-красного пикселя могут быть следующими:

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

  Если бы использовалась целочисленная арифметика и это значение компоновалось в режиме SRC без дополнительного альфа-канала, вычисления показали бы, что результаты имеют следующий вид (в целочисленном формате):

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

  Обратите внимание, что промежуточные значения, всегда представленные в предварительно умноженной форме, позволяют задать для целочисленной красной компоненты только значения 0x00 или 0x01. При попытке сохранить этот результат в целевой объект, не использующий предварительное умножение, деление на альфа-канал оставляет очень мало вариантов для непредварительно умноженного значения красного. В этом случае реализация, выполняющая вычисления в целочисленном пространстве без упрощений, скорее всего, получит следующие итоговые значения пикселя:

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

  (Обратите внимание, что 0x01, делённое на 0x01, даёт 1.0, что эквивалентно значению 0xff в 8-битном формате хранения.)

  В качестве альтернативы реализация, использующая арифметику с плавающей точкой, может получить более точные результаты и вернуть исходное значение пикселя практически без ошибки округления. Или реализация, использующая целочисленную арифметику, может решить, что, поскольку в пространстве с плавающей точкой уравнения сводятся к виртуальной операции NOP над цветовыми значениями, пиксель можно без изменений передать целевому объекту, полностью избежав вычислений.

  Все эти реализации пытаются следовать одним и тем же уравнениям, но используют разные компромиссы между целочисленной арифметикой и арифметикой с плавающей точкой, а также между сокращёнными и полными уравнениями. Чтобы учитывать такие различия, вероятно, лучше ожидать совпадения результатов только в предварительно умноженной форме для разных реализаций и форматов изображений. В этом случае оба ответа, выраженные в предварительно умноженной форме, будут равны:

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

  и, следовательно, совпадут.

• Из-за упрощения уравнений для повышения эффективности вычислений некоторые реализации могут вести себя по-разному, если итоговые значения альфа-канала равны 0.0, а целевой объект не использует предварительное умножение. Обратите внимание, что упрощение, при котором в случае правила SRC удаляется деление на альфа-канал, технически неверно, если знаменатель (альфа-канал) равен 0. Однако, поскольку точность результатов следует оценивать только в предварительно умноженной форме, итоговое значение альфа-канала 0 делает результирующие цветовые компоненты по существу несущественными, поэтому не следует ожидать точного поведения в этом случае.