准确映射由Graphics.DrawImage缩放的像素

Question

我有一个使用Graphics.DrawImage来拉伸和绘制位图的Winforms应用程序，我需要帮助理解源像素如何映射到目标。

理想情况下，我想写一个像：

这样的函数

 Point MapPixel(Point p, Size src, Size dst)

取源图像上的像素坐标，并返回缩放目标上与其对应的“左上”像素的坐标。

为清楚起见，这是一个简单的例子，其中2x2位图缩放为4x4：

箭头说明了如何将点（1,0）输入MapPixel：

MapPixel(new Point(1, 0), new Size(2, 2), new Size(4, 4))

应给出（2,0）的结果。

使用以下逻辑使MapPixel适用于上述示例很简单：

double scaleX = (double)dst.Width / (double)src.Width;
x_dst = (int)Math.Round((double)x_src * scaleX);

但是我注意到，当dst.Width不是src.Width的偶数倍时，这种天真的实现会因舍入而产生错误。在这种情况下，DrawImage需要选择一些像素来绘制比其他像素更大的像素以使图像适合，并且我在复制其逻辑时遇到了麻烦。

以下代码通过将2x1位图缩放到几个不同的宽度来演示问题：

Bitmap src = new Bitmap(2, 1);
src.SetPixel(0, 0, Color.Red);
src.SetPixel(1, 0, Color.Blue);

Bitmap[] dst = {
  new Bitmap(3, 1),
  new Bitmap(5, 1),
  new Bitmap(7, 1),
  new Bitmap(9, 1)};

// Draw stretched images
foreach (Bitmap b in dst) {
  using (Graphics g = Graphics.FromImage(b)) {
    g.InterpolationMode = InterpolationMode.NearestNeighbor;
    g.PixelOffsetMode = PixelOffsetMode.Half;
    g.DrawImage(src, 0, 0, b.Width, b.Height);
  }
}

以下是原始src图片和输出dst图片的外观，以及一些显示MapPixel如何映射蓝色像素的数字：

我不能为我的生活弄清楚DrawImage如何决定哪个像素变大。它似乎有时会向上舍入，有时会向下舍入。我不关心它选择哪个，但我需要它可以预测我的功能才能正常工作。

我已尝试修改上面的MapPixel示例以使用MidpointRounding.AwayFromZero，甚至将Math.Round替换为舍入到最近的奇数数字的函数（稍微改善了结果）但仍然不完美）。我也试过让Graphics类处理缩放 - 即我设置ScaleTransform，调用DrawImageUnscaled，然后尝试使用TransformPoints转换坐标。有趣的是，TransformPoints方法的结果并不总是与DrawImage和DrawImageUnscaled的结果一致。

我也尝试过挖掘GDI +的提示，但还没有找到任何有用的东西。

我不想单独绘制每个像素，只是为了保持它可以降落的可预测性。

如果你想知道，我使用InterpolationMode.NearestNeighbor的原因是为了避免消除锯齿（我需要保持单个像素的保真度），并且包括PixelOffsetMode.Half，因为如果它是然后DrawImage将我的位图缩小了半个像素。

问题点的另外几个例子包括将4px缩放到13px时x = 7，将4px缩放到17px时x = 8。

如果需要，我可以发布完整的单元测试代码，允许您插入并验证MapPixel函数。到目前为止，我能够达到100％准确度的唯一方法是通过一个丑陋的黑客来生成一个“提示”源图像，其中每个像素都设置为一种独特的颜色。它通过检查提示图像中的颜色来映射坐标，然后在提示图像的缩放版本中查找该颜色。优化是可能的（例如，提示图像具有单像素宽度或高度，并且上面的天真逻辑用于猜测近似答案并从那里向外工作）但它仍然是丑陋的。

如果有人能够了解DrawImage背后的管道并帮助我为MapPixel提供更简单（但仍然准确）的实现，我将不胜感激。

Answer 1

尝试使用有理数的整数运算（如他们在小学教我们的等效分数）。它避免了舍入问题：

我将在一个轴上执行此操作（由下面的N表示）

原始位置可以被认为是在[0，origN]范围内 目标（缩放）位置可以被认为是在[0，destN]

的范围内

意味着您可以合理地表示原始位置：

 origPos                    destPos
---------  for orig, and,  --------- for dest
  origN                      destN

在dest轴上缩放一次迭代并使用等价的有理数分数，可以存储为整数，直到最后一分钟计算源位置::

for current_dest_position in range(destLength):
    required_source_position=floor( (current_dest_position*sourceN)/destN )

srcN和destN总是小于总宽​​度（它与位置0有关的一个有效像素）因此，源长度为16，dest长度为64，则srcN为15，destN为63（范围） （k）上述结果中的算子迭代[0，k-1]）。如果您的语言没有提供强制整数除法的简单方法，那么就需要这个楼层，这是大多数在C / C ++中使用duck typed值（javascript，php，lua，python等）的语言，你可以将除法转换为int用：

required_source_position=(int)((current_dest_position*sourceN)/destN);

这解释了一个轴的过程。它很容易用于其他轴，其他轴带有嵌套循环，并用轴（X，Y，Z等）代替上述例子中的N.