13、在 uwp应用中，给图片添加高斯模糊滤镜效果（一）

　　如果在应用中，如果想要给app 添加模糊滤镜，可能第一想到的是第三方类库，比如 Win2d、lumia Imaging SDK 、WriteableBitmapEx，不可否认，这些类库功能强大，效果也挺多的。不足就是增加了生成包尺寸，由于增加了相应 dll  的引用，在 app运行时也会增加内存占用。如果只使用一种滤镜效果，建议直接添加几十行代码自己实现，这样开发、维护成本都会很少。并且由于 .net native 使得 uwp 的运算速度与 C++算法的运行速度没有差别了。

　　这里只讨论高斯模糊滤镜，感觉这个滤镜在应用中适当的运用，会让页面形象生动，比如图片背景使用这个滤镜，会有一些磨砂玻璃的效果。针对高斯模糊的算法网上也有很多，这里使用戴震军

大哥的曾经移植过的 windows phone7 的算法。这里主要解决的就是 silverlight（wpf）中 WriteableBitmap 中图片数据 int[] 数组到 windows runtime（uwp）中 WriteableBitmap中 byte[] 的转换。

　　Demo 的运行效果：

1）当不运用滤镜时 level 为 0（范围 0-40）：

2）当 level 为 2时：

3）当 level 为 10时：

4）当 level 为 40时：

1、颜色值的分析：

1) 在 silverlight 或者 uwp 中，指定一个字体的前景色为绿色半透明：

<TextBlock Text="节约用电" FontSize="30" Foreground="#8800FF00"/>

显示为：

则在前景色中颜色的设置信息：

2) 运算符概述：

<< 和 >> 为位移运算符，比如对于二进制来说  0010 << 2 （右移2位）的计算结果就是 1000，等于把十进制的 2 变成了 8

| 运算符为 “或”运算，比如对于二进制来说 0100 | 0010 的计算结果  0110，等于把十进制  4|2 变为了 6

2、分析 Silverlight 中 WriteableBitmap 对象中的 int[] 数组

对于 silverlight、wpf 平台上图片（jpg、png）的编辑 WriteablBitmap 对象中使用的 int[] 数组，每个 int 值同时包含了 A（alpha）、R（red）、G（green）、B（Blue）四个信息值，每个值的范围是 0~255。

1）在 silverlight中，获取图片像素数据( int[] 数组 )：

// 100像素宽，100像素高
WriteableBitmap bitmap = new WriteableBitmap(, );

// 获取表示位图 2D 纹理的数组。
int[] data = bitmap.Pixels;

当然，这个 int[] 数组是一维数组，线性排列的。

3、分析 UWP 中 WriteableBitmap 类中的 byte[] 数组

对于 Windows Runtime (uwp) 中 WriteableBitmap 类来说，存储的图片数据为  byte[] 数组。

例如，获取一张图片中的像素数据（msdn 文档链接，WriteableBitmap）：（WriteableBitmap 的图像源数据是基础像素缓冲区。WriteableBitmap.PixelBuffer不能直接写入）

using (IRandomAccessStream fileStream = await file.OpenAsync(Windows.Storage.FileAccessMode.Read))
{
    BitmapDecoder decoder = await BitmapDecoder.CreateAsync(fileStream);
    // Scale image to appropriate size
    BitmapTransform transform = new BitmapTransform() {
        ScaledWidth = Convert.ToUInt32(Scenario4WriteableBitmap.PixelWidth),
        ScaledHeight = Convert.ToUInt32(Scenario4WriteableBitmap.PixelHeight)
    };
    PixelDataProvider pixelData = await decoder.GetPixelDataAsync(
        BitmapPixelFormat.Bgra8, // WriteableBitmap 使用的是 BGRA 格式
        BitmapAlphaMode.Straight,
        transform,
        ExifOrientationMode.IgnoreExifOrientation, // This sample ignores Exif orientation
        ColorManagementMode.DoNotColorManage
    ); 

    // 包含图片的解码数据。在呈现之前可以被修改
    byte[] sourcePixels = pixelData.DetachPixelData(); 

    // 打开一个 image 的流，并且复制到 WriteableBitmap 的 pixel 缓冲区中
    using (Stream stream = writeableBitmap.PixelBuffer.AsStream())
    {
        await stream.WriteAsync(sourcePixels, , sourcePixels.Length);
    }
}

同样，对于 1）中描述 100X100 的图片的数据存储，因为一个 int 可以包含 4个 byte位的信息，所以对于  100x100 的 int[] 数组值，也就是 10000个 int值组成。当转换为 byte[] 数组值时，数组长度扩大四倍，变为 100x100x4 = 40000个 byte值。并且 byte 值是按照 B、G、R、A 的顺序排列：

4、int[] 与 byte[] 的互相转换

因为戴震军大哥移植的滤镜算法为 windows phone7 的工程，所以图片数据的计算是采用 silverlight中 int[] 数组的计算方式，所以这里我只做了两件事，一个是把  uwp 工程中源 WriteableBitmap 对象中 byte[] 数组的存储方式，转换为 silverlight 中的 int[] 数组的存储方式，然后对图片数据进行添加滤镜算法的处理，当处理完成时，再把处理结果 int[] 数组的数据再转换为 uwp 中 WriteableBitmap 的 byte[] 数组的存储方式：

1）uwp 中 byte[] 数组，转换为 silverlight 的 int[] 数组：

 // 把 uwp 的 WriteableBitmap 对象的 PixelBuffer属性（IBuffer）转换为  byte[] 数组
 byte[] colorBytes = BufferToBytes(image.PixelBuffer);

 // 转换为 silverlight 的 int[] 数组时，长度为 byte[] 数组的四分之一
 colorArray = new int[colorBytes.Length / ];

 int a,r, g, b;
 int i = ; // 通过 i 自加，来遍历 byte[] 整个数组

 // 通过图片的宽、高，分别设置 int[] 数组中每个像素的 ARGB 信息
 for (int y = ; y < height; y++)
 {
     for (int x = ; x < width; x++)
     {
         // int[] 数组的索引
         int index = y * width + x;
         b = colorBytes[i++]; // Blue
         g = colorBytes[i++]; // Green
         r = colorBytes[i++]; // Red
         a = colorBytes[i++]; // Alpha
         colorArray[index] = (a << ) | (r << ) | (g << ) | b;  // 4个 byte值存储为一个 int 值
     }
 }

2）当把上面的图片数据，添加高斯模糊滤镜效果之后，把 silverlight 中 int[] 数组的计算结果，转换为 uwp 的 byte[] 数组：

// 拷贝
WriteableBitmap new_bitmap = await Utility.BitmapClone(wb);

// 添加高斯滤镜效果
MyImage mi = new MyImage(new_bitmap);
GaussianBlurFilter filter = new GaussianBlurFilter();
filter.Sigma = level;
filter.process(mi);

// 图片添加完滤镜的 int[] 数组
int[] array = mi.colorArray;

// byte[] 数组的长度是 int[] 数组的 4倍
byte[] result = new byte[array.Length * ];

// 通过自加，来遍历 byte[] 数组中的值
int j = ;
for (int i = ; i < array.Length; i++)
{
    // 同时把 int 值中 a、r、g、b 的排列方式，转换为 byte数组中 b、g、r、a 的存储方式
    result[j++] = (byte)(array[i]);       // Blue
    result[j++] = (byte)(array[i] >> );  // Green
    result[j++] = (byte)(array[i] >> ); // Red
    result[j++] = (byte)(array[i] >> ); // Alpha
}

// Open a stream to copy the image contents to the WriteableBitmap's pixel buffer
using (Stream stream = new_bitmap.PixelBuffer.AsStream())
{
    await stream.WriteAsync(result, , result.Length);
}

img.Source = new_bitmap;// 把最终 WriteableBitmap 对象赋值给 Image 控件

5、代码中会用到的自定义帮助类：

namespace BlurEffect_demo
{
    class Utility
    {
        /// <summary>
        /// WriteableBitmap 的拷贝
        /// </summary>
        /// <param name="bitmap">原</param>
        /// <returns></returns>
        public static async Task<WriteableBitmap> BitmapClone(WriteableBitmap bitmap)
        {
            WriteableBitmap result = new WriteableBitmap(bitmap.PixelWidth, bitmap.PixelHeight);

            byte[] sourcePixels = Get_WriteableBitmap_bytes(bitmap);

            //byte[] resultPixels = new byte[sourcePixels.Length];

            //sourcePixels.CopyTo(resultPixels, 0);

            using (Stream resultStream = result.PixelBuffer.AsStream())
            {
                await resultStream.WriteAsync(sourcePixels, , sourcePixels.Length);
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 获取 WriteableBitmap 对象中的 byte[] 数组数据
        /// </summary>
        public static byte[] Get_WriteableBitmap_bytes(WriteableBitmap bitmap)
        {
            // 获取对直接缓冲区的访问，WriteableBitmap 的每个像素都写入直接缓冲区。
            IBuffer bitmapBuffer = bitmap.PixelBuffer;

            //byte[] sourcePixels = new byte[bitmapBuffer.Length];
            //Windows.Security.Cryptography.CryptographicBuffer.CopyToByteArray(bitmapBuffer, out sourcePixels);
            //bitmapBuffer.CopyTo(sourcePixels);

            using (var dataReader = DataReader.FromBuffer(bitmapBuffer))
            {
                var bytes = new byte[bitmapBuffer.Capacity];
                dataReader.ReadBytes(bytes);
                return bytes;
            }
        }
    }
}

6、高斯滤镜算法这里就不列出来了，具体可以参考 demo 工程

工程地址：link

参考阅读：

1）戴震军 ：

blog : http://www.cnblogs.com/daizhj

github : https://github.com/daizhenjun/ImageFilterForWindowsPhone

2）WriteableBitmap.PixelBuffer property ：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/apps/windows.ui.xaml.media.imaging.writeablebitmap.pixelbuffer.aspx

3）WriteableBitmap class : https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/apps/windows.ui.xaml.media.imaging.writeablebitmap.aspx

4）WriteableBitmapEx : http://writeablebitmapex.codeplex.com/releases/view/612952

5）Getting Pixels of an Element(WriteableBitmap) // https://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/39b3c702-caed-47e4-b7d3-b51d75cbca9b/getting-pixels-of-an-element-writeablebitmap?forum=winappswithcsharp

6） Windows 8 WriteableBitmap Pixel Arrays in C# and C++ : http://www.tuicool.com/articles/fQNvUz

7） 各种流转换 ： http://www.cnblogs.com/hebeiDGL/p/3428743.html

8） XAML images sample ： https://code.msdn.microsoft.com/windowsapps/0f5d56ae-5e57-48e1-9cd9-993115b027b9/

9） 重新想象 Windows 8 Store Apps (29) - 图片处理 ： http://www.cnblogs.com/webabcd/archive/2013/05/27/3101069.html