【计算机视觉】二、图像形成——实验：2D变换编辑（Pygame）-Toy模板网

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一、向量和矩阵的基本运算

【计算机视觉】二、图像形成：1、向量和矩阵的基本运算：线性变换与齐次坐标

二、几何基元和变换

1、几何基元(Geometric Primitives)

几何基元是计算机图形学中最基本的图形对象,它们是构建更复杂图形的基础单元。常见的几何基元包括:

点(Point): 由一对或一组坐标值表示的零维对象。
线段(Line Segment): 由两个端点确定的一维对象。
多边形(Polygon): 由一系列顶点连接而成的闭合平面图形,是二维对象。
曲线(Curve): 由一系列控制点和方程确定的平滑曲线,如贝塞尔曲线、样条曲线等。
圆(Circle): 由一个圆心和半径确定的二维闭合曲线。
球体(Sphere): 由一个球心和半径确定的三维闭合曲面。

这些基本的几何基元可以通过组合、变换等操作构建出更加复杂的图形对象,如三维模型、场景等。

2、几何变换(Geometric Transformations)

【计算机视觉】二、图像形成：2、几何基元和几何变换：2D变换

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2D变换编辑器

0. 程序简介

本人使用 Pygame 库实现了一个图像变换程序，提供六种不同的变换操作,分别是平移、旋转、等比缩放、缩放、镜像和剪切。可以通过点击相应的按钮选择要执行的变换操作,然后使用鼠标拖动来调整变换的参数,实时查看变换后的图像效果。

环境说明

安装Pygame库

pip install pygame

程序流程

确保图像"image.jpg"文件与Python文件在同一目录下。
运行Python文件,将会弹出一个888x888的窗口,显示原始图像和一排按钮。
点击任意一个按钮,选择相应的变换操作。按钮及对应的变换操作如下:
- “Translate”: 平移变换
- “Rotate”: 旋转变换
- “Isotropic Scale”: 等比缩放变换
- “Scale”: 缩放变换
- “Mirror”: 镜像变换
- “Shear”: 剪切变换
按住鼠标左键,并拖拽鼠标,可以实时调整变换效果:
- 平移变换: 拖拽方向和距离决定平移的偏移量。
- 旋转变换: 拖拽的水平距离决定旋转角度。
- 等比缩放变换: 拖拽的水平距离决定缩放比例。
- 缩放变换: 拖拽的水平距离决定x方向缩放比例,垂直距离决定y方向缩放比例。
- 镜像变换: 向右拖拽进行水平镜像,向左拖拽进行垂直镜像。
- 剪切变换: 拖拽的水平距离决定x方向剪切系数,垂直距离决定y方向剪切系数。
变换后的图像将显示在原始图像的右侧。
窗口上方会显示当前选择的变换类型。
要退出程序,请关闭窗口或按下键盘上的"Esc"键。

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1. 各种变换

平移变换

def translate(img, x, y):
    width, height = img.get_size()
    translated_img = pygame.Surface((window_width, window_height), pygame.SRCALPHA)
    translated_img.blit(img, (x, y))
    return translated_img

旋转变换

def rotate(img, angle):
    rotated_img = pygame.transform.rotate(img, angle)
    return rotated_img

等比缩放变换

def isotropic_scale(img, scale_factor):
    width, height = img.get_size()
    new_size = (int(width * scale_factor), int(height * scale_factor))
    scaled_img = pygame.transform.scale(img, new_size)
    return scaled_img

缩放变换

def scale(img, scale_x, scale_y):
    width, height = img.get_size()
    new_width = int(width * scale_x)
    new_height = int(height * scale_y)
    scaled_img = pygame.transform.scale(img, (new_width, new_height))
    return scaled_img

镜像变换

def mirror(img, mirror_type):
    if mirror_type == 'horizontal':
        mirrored_img = pygame.transform.flip(img, True, False)
    elif mirror_type == 'vertical':
        mirrored_img = pygame.transform.flip(img, False, True)
    else:
        return img
    return mirrored_img

剪切变换

def shear(img, shear_x, shear_y):
    width, height = img.get_size()
    sheared_img = pygame.Surface((width + abs(shear_x * height), height + abs(shear_y * width)))
    sheared_img.set_colorkey((0, 0, 0))
    for x in range(width):
        for y in range(height):
            sheared_img.blit(img, (x + shear_x * y, y + shear_y * x), (x, y, 1, 1))
    return sheared_img

2. 按钮

按钮类

class Button:
    def __init__(self, x, y, width, height, text, color):
        self.rect = pygame.Rect(x, y, width, height)
        self.text = text
        self.color = color

    def draw(self, surface):
        pygame.draw.rect(surface, self.color, self.rect)
        font = pygame.font.Font(None, 24)
        text = font.render(self.text, True, (255, 255, 255))
        text_rect = text.get_rect(center=self.rect.center)
        surface.blit(text, text_rect)

    def is_clicked(self, pos):
        return self.rect.collidepoint(pos)

创建按钮

buttons = [
    Button(50, 50, 150, 50, "Translate", (255, 0, 0)),
    Button(250, 50, 150, 50, "Rotate", (255, 165, 0)),
    Button(450, 50, 150, 50, "Isotropic Scale", (0, 255, 0)),
    Button(650, 50, 150, 50, "Scale", (0, 255, 255)),
    Button(50, 150, 150, 50, "Mirror", (0, 0, 255)),
    Button(250, 150, 150, 50, "Shear", (128, 0, 128))
]

"Translate"按钮颜色为红色 (255, 0, 0)
"Rotate"按钮颜色为橙色 (255, 165, 0)
"Isotropic Scale"按钮颜色为绿色 (0, 255, 0)
"Scale"按钮颜色为青色 (0, 255, 255)
"Mirror"按钮颜色为蓝色 (0, 0, 255)
"Shear"按钮颜色为紫色 (128, 0, 128)
问：为什么没有黄色
答：黄色太耀眼了………

3. Pygame

初始化变量

selected_transform = None
transformed_img = original_img.copy()
mouse_dragging = False
drag_start_pos = (0, 0)
drag_offset = (0, 0)
translation_offset = (0, 0)  # 平移偏移量变量

初始化Pygame

pygame.init()

# 设置窗口大小
window_width, window_height = 888, 888
window = pygame.display.set_mode((window_width, window_height))
pygame.display.set_caption("Image Transformations")

# 加载并调整原始图像大小为256x256
original_img = pygame.image.load("image.jpg")
original_img = pygame.transform.scale(original_img, (256, 256))

主循环

running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            mouse_pos = pygame.mouse.get_pos()
            for button in buttons:
                if button.is_clicked(mouse_pos):
                    selected_transform = button.text
                    transformed_img = original_img.copy()
            if event.button == 1:  # 鼠标左键
                mouse_dragging = True
                drag_start_pos = mouse_pos
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONUP:
            if event.button == 1:  # 鼠标左键
                mouse_dragging = False
        elif event.type == pygame.MOUSEMOTION:
            if mouse_dragging:
                mouse_pos = pygame.mouse.get_pos()
                drag_offset = (mouse_pos[0] - drag_start_pos[0], mouse_pos[1] - drag_start_pos[1])
                if selected_transform == "Translate":
                    translation_offset = drag_offset  # 更新平移偏移量
                    transformed_img = translate(original_img, translation_offset[0], translation_offset[1])
                elif selected_transform == "Rotate":
                    angle = drag_offset[0]
                    transformed_img = rotate(original_img, angle)
                elif selected_transform == "Isotropic Scale":
                    scale_factor = max(0.1, 1 + drag_offset[0] / 100)  # 限制缩放比例在0.1到无穷大之间
                    transformed_img = isotropic_scale(original_img, scale_factor)
                elif selected_transform == "Scale":
                    scale_x = max(0.1, 1 + drag_offset[0] / 100)  # 限制x方向缩放比例在0.1到无穷大之间
                    scale_y = max(0.1, 1 + drag_offset[1] / 100)  # 限制y方向缩放比例在0.1到无穷大之间
                    transformed_img = scale(original_img, scale_x, scale_y)
                elif selected_transform == "Mirror":
                    if drag_offset[0] > 0:
                        mirror_type = 'horizontal'
                    else:
                        mirror_type = 'vertical'
                    transformed_img = mirror(original_img, mirror_type)
                elif selected_transform == "Shear":
                    shear_x = drag_offset[0] / 100
                    shear_y = drag_offset[1] / 100
                    transformed_img = shear(original_img, shear_x, shear_y)

    # 清空窗口
    window.fill((222, 222, 222))

    # 显示原始图像
    window.blit(original_img, (50, 250))

    # 显示变换后的图像
    if transformed_img is not None:
        window.blit(transformed_img, (350, 250))

    # 显示选择的变换
    if selected_transform is not None:
        font = pygame.font.Font(None, 36)
        text = font.render(f"Selected Transform: {selected_transform}", True, (255, 255, 255))
        text_rect = text.get_rect(center=(window_width // 2, 222))
        window.blit(text, text_rect)

    # 绘制按钮
    for button in buttons:
        button.draw(window)

    # 更新显示
    pygame.display.flip()