title: 矢量图像进阶技巧（II）

@Gizmosir 2016-03-22T09:00:21.000000Z 字数 10515 阅读 813

date: 2016-03-17
categories: Computer graphics
tag: [SVG, 矢量图]
博客

前言

这是矢量图的第三篇，如果你先看前两篇，可以点击这里和这里。

在上一篇中我们介绍了一部分SVG滤镜组件，在这一篇中我们将继续来介绍滤镜组件以及它们的使用方式。

滤镜

色彩矩阵（feColorMatrix）

在上一篇中我们介绍过色彩调节的方法，使用的是feComponentTransfer。这里我们介绍另外一个更加方便地调节色彩的方法feColorMatrix。不同的地方是feComponentTransfer使用直线/曲线来调整图像的RGBA值，而feColorMatrix不仅可以使用矩阵来调整图像的RGBA值，还可以整体地调整HSV值。

更多关于RGBA与HSV色彩系统的差别请点击这里。

色彩矩阵的含义：

$\begin{bmatrix} R' \\\ G' \\\ B' \\\ A' \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a\_{00} & a\_{01} & a\_{02} & a\_{03} & a\_{04} \\\ a\_{10} & a\_{11} & a\_{12} & a\_{13} & a\_{14} \\\ a\_{20} & a\_{21} & a\_{22} & a\_{23} & a\_{24} \\\ a\_{30} & a\_{31} & a\_{32} & a\_{33} & a\_{34} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} R \\\ G \\\ B \\\ A \\\ 1 \end{bmatrix}$

<!--本例子中，我们首先生成了一个色彩矩阵滤镜，并将该滤镜应
用到读取的图片上，最后我们与原图对比效果。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <filter id="grayscale" color-interpolation-filters="sRGB">
    <feColorMatrix type="matrix" in="SourceGraphic"
          values=".33 .33 .33 0 0
                  .33 .33 .33 0 0
                  .33 .33 .33 0 0
                   0   0   0  1 0" />
    </filter>
  </defs>
  <text x="10" y="155">Before:</text>
  <image x="70" y="10" width="401" height="301"
     xlink:href="colours.jpg" />
  <text x="510" y="155">After:</text>
  <image x="570" y="10" 
     width="401"
     height="301"
     xlink:href="colours.jpg"
     style="filter:url(#grayscale)" />
</svg>

需要说明的是，在以上代码中我们将色彩矩阵声明为：

$H = \begin{bmatrix} .33 & .33 & .33 & 0 & 0 \\\ .33 & .33 & .33 & 0 & 0 \\\ .33 & .33 & .33 & 0 & 0 \\\ 0 & 0 & 0 & 1 & 0 \end{bmatrix}$

也就是将使得每个点的R、G、B值都相等。RGB色彩空间可以用下面的“色彩立方体”来表示，从图中我们能够很清晰地发现，R、G、B值都相同的点，就是图中原点（黑）到W（白）的对角线。

feColorMatrix除了能够使用色彩矩阵外，还能用hueRotate来调整图像色彩。Hue的色彩空间如下：

<!--本例子中首先定义了三个色彩矩阵滤镜，分别把Hue旋转90度
、180度和270度，然后将三个滤镜分别应用到读取的图像上，最后
对比原图和三个滤镜处理后的图像。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <filter id="add_90" color-interpolation-filters="sRGB">
    <feColorMatrix type="hueRotate" in="SourceGraphic"
          values="90" />
    </filter>
    <filter id="add_180" color-interpolation-filters="sRGB">
    <feColorMatrix type="hueRotate" in="SourceGraphic"
          values="180" />
    </filter>
    <filter id="add_270" color-interpolation-filters="sRGB">
    <feColorMatrix type="hueRotate" in="SourceGraphic"
          values="270" />
    </filter>
  </defs>
  <text x="10" y="145">Before:</text>
  <image x="70" y="0" width="400" height="300"
     xlink:href="brown.jpg" />
  <text x="510" y="145">+90:</text>
  <image x="570" y="0" 
     width="400"
     height="300"
     xlink:href="brown.jpg"
     style="filter:url(#add_90)" />
  <text x="10" y="600">+180:</text>
  <image x="70" y="340" 
     width="400"
     height="300"
     xlink:href="brown.jpg"
     style="filter:url(#add_180)" />
  <text x="510" y="545">+270:</text>
  <image x="570" y="340" 
     width="400"
     height="300"
     xlink:href="brown.jpg"
     style="filter:url(#add_270)" />
</svg>

同样的还能使用feColorMatrix来调整图像的饱和度。

<!--本例子中首先生成一个改善饱和度的色彩矩阵滤镜，并将其应
用到读取的图片上。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <filter id="increase_s" color-interpolation-filters="sRGB">
      <feColorMatrix type="saturate" in="SourceGraphic" values="1.4"/>
    </filter>
  </defs>
  <text x="10" y="190">Before:</text>
  <image x="70" y="10" width="399" height="389"
     xlink:href="woman_face.jpg" />
  <text x="530" y="190">S=S*1.4:</text>
  <image x="600" y="10" 
     width="399"
     height="389"
     xlink:href="woman_face.jpg"
     style="filter:url(#increase_s)" />
</svg>

图像卷积（feConvolveMatrix）

图像处理中一个非常重要的工具是图像卷积。使用卷积我们能够实现模糊，边缘检测等图像处理效果。SVG中当然也包含如此重要的工具：feConvolveMatrix。

<!--本例子中，首先生成一个3x3的卷积矩阵滤镜，然后将滤镜应
用到图像上生成最后的图像。值得注意的是卷积矩阵为拉普拉斯高
通卷积，换句话说就是保留图像的高频信息，也就是边缘。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <filter id="convolve_edge"
       color-interpolation-filters="sRGB">
      <feConvolveMatrix
         in="SourceGraphic"
         kernelMatrix="0 1 0 1 -4 1 0 1 0"
         order="3 3" 
         divisor="1"
         bias="0" 
         preserveAlpha="true" />
    </filter>
  </defs>
  <image width="300" height="300" xlink:href="squares.png" />
  <text x="320" y="145">- after feConvolveMatrix:</text>
  <image x="500" width="300" height="300"
      xlink:href="squares.png"
      style="filter:url(#convolve_edge)" />
</svg>

混沌（feTurbulence）

在SVG中我们常常需要用到随机值，而一个常用于产生随机数的工具就是feTurbulence。其有两种不同的效果（fractalNoise | turbulence），如下所示：

左图为fractalNoise效果，右图为turbulence效果。从上图不能看出fractalNoise稍微平衡些，turbulence波动更大些。

题外话：混沌的名字是我自己起的，因为实在找不到翻译的地方。而实际图像效果也很像宇宙之初混沌状态不是么？

<!--本例子中，首先我们生成了一个混沌滤镜，并且与蓝色矩形复
并生成最后的图像。值得注意的是这里混沌滤镜的numOctaves为4
，也就是只有alpha值。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
<filter id="sky">
      <feTurbulence
         type="fractalNoise"
         baseFrequency="0.005"
         numOctaves="4"
         seed="0"
         result="noise" /> 
      <feComposite in="SourceGraphic" in2="noise" operator="in" /> 
</filter>
  </defs>
  <rect x="0" y="0" 
     width="800" height="600"
     style="fill:blue;filter:url(#sky)" />
</svg>

值得注意的是，就如同我们之前说的那样，feTurbulence滤镜是很多SVG实现效果的基础。同时还展示了在上一篇中我们并没有展示feComposite的效果。需要留意的是在这里我们使用的是in属性，也就是只展示后图层与前图层共用的部分。

如果将蓝色矩形换成蓝色的文本，那么我们又得到一种新的文本效果，蓝色云状！

<!--本例子代码与上个例子的代码几乎完全一致，只是修改了最后
的代码将蓝色的矩形换成蓝色的文本。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
<filter id="sky">
      <feTurbulence
         type="fractalNoise"
         baseFrequency="0.005"
         numOctaves="4"
         seed="0"
         result="noise" /> 
      <feComposite in="SourceGraphic" in2="noise" operator="in" /> 
</filter>
  </defs>
  <text x="100" y="200" font-size="150" font-family="Arial"
     style="fill:blue;filter:url(#sky)" >
Blue sky text
  </text>
</svg>

<!--本例子中首先生成一个混沌滤镜，然后对其进行色彩矩阵调整
，使得其红色和黄色增强，最后复合到红色背景的文本上并生成最
后的图像。值得注意的是混沌滤镜numOctaves值为1，也就是只需
要了R值。另外通过style="background-color: 
red"将背景色定义为红色。所以通过文本后看到的是红色的背景。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" 
   style="background-color: red">
  <defs>
    <filter id="fire"
       color-interpolation-filters="sRGB">
      <feTurbulence
         type="fractalNoise"
         baseFrequency="0.013 0.003"
         numOctaves="1"
          />
      <feColorMatrix 
        type="matrix"
        values="0 0 0 0 1  
                1.5 0 0 0 0  
                0 0 0 0 0  
                5 0 0 0 0"
        result="color_transformed" />
     <feComposite in="color_transformed"
         in2="SourceGraphic"      
         operator="out" /> 
    </filter>
  </defs>
  <text  x="0" y="300" font-size="350" font-family="Arial"
     style="filter:url(#fire)" > Fire! </text>
</svg>

值得留意的是在这里feComposite我们使用的是out属性，也就是只展示前图层有而后图层没有的部分。在这个例子中，前图层是“火焰”混沌滤镜，后图层是文本。所有后图层文本的部分不显示了，也就能够透过去看到红色背景。

题外话：也许你发现我已经提及了很多种不同的文字效果，的确如此，一是因为文字效果更为常用，二是易于展示不同的滤镜效果。唯为多尝试才能了解不同的滤镜的细微差别。

位移（feDisplacement）

在上一篇中我们介绍了偏移滤镜组件feOffset，其功能是将图形/图像整体往X/Y轴偏移。现在我们介绍一个可以单独移动每个“像素”的滤镜组件feDisplacement。

<!--本例子中，首先定义了一个形如上图的渐变滤镜，并该滤镜应
用到到矩形中，接着用这个渐变矩形来改变文本的Y轴文字并最终
生成图像效果。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <linearGradient id="gradient1">
        <stop offset= "0" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".1" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".2" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".3" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".4" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".5" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".6" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".7" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".8" style= "stop-color:white"/>
        <stop offset=".9" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset="1.0" style= "stop-color:white"/>
    </linearGradient> 
    <rect width="800" height="400" fill="url(#gradient1)" id="gradient_area" /> 
    <filter id="waves_filter" color-interpolation-filters="sRGB">
        <feImage xlink:href="#gradient_area" result="displacement_information"/>
        <feDisplacementMap
                in="SourceGraphic"
                in2="displacement_information"
                <!--只改变了文本的Y轴方向-->
                <!--由于渐变滤镜是灰度值，所以无所谓RGB哪个值-->
                yChannelSelector="R"
                scale="15" >
        </feDisplacementMap>
    </filter>
  </defs>
  <text x="0" y="100" font-size="80pt" font-family="Arial" 
    fill="darkblue" style="filter:url(#waves_filter)">
    <tspan x="10">Take the</tspan>
    <tspan x="60" dy="120">Star Ferry!</tspan>
  </text>
</svg>

的确feDisplacementMap由于涉及到很多东西，所以例子没有那么简单明了不易理解，那么我们就多看几个例子把。

<!--本例子与上个例子很类似，只是将线性渐变换成了径向渐变，
所以feDisplacementMap的移动也变成了X轴Y轴同时移动。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <radialGradient id="gradient1">
        <stop offset= "0" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".1" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".2" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".3" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".4" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".5" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".6" style= "stop-color:white"/> 
        <stop offset=".7" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset=".8" style= "stop-color:white"/>
        <stop offset=".9" style= "stop-color:black"/>
        <stop offset="1.0" style= "stop-color:white"/>
    </radialGradient> 
    <rect width="1000" height="450" fill="url(#gradient1)" id="gradient_area" /> 
    <filter id="fracture_filter" color-interpolation-filters="sRGB">
        <feImage xlink:href="#gradient_area" result="displacement_information"/>
        <feDisplacementMap
                in="SourceGraphic"
                in2="displacement_information"
                <!--在X轴和Y轴上发送位移-->
                <!--由于渐变滤镜是灰度值，所以无所谓RGB哪个值-->
                xChannelSelector="R"
                yChannelSelector="R"
                scale="15" >
        </feDisplacementMap>
    </filter>
  </defs>
  <text x="0" y="100" font-size="80pt" font-family="Arial"
    style="filter:url(#fracture_filter)">
    <tspan x="60"> Fractured</tspan>
    <tspan x="30" dy="90">Information</tspan>
  </text>
</svg>

接下来我们来看一个比较酷炫的例子：

<!--本例子中我们定义了一个“太阳”渐变滤镜，并将其应用到矩形
中，接着我们生成一个混沌滤镜，最后将太阳滤镜根据混沌滤镜的
值来做位移并生成最后的效果图像。有点复杂，结合着代码和下面
的流程图多揣摩揣摩。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" 
   style="background-color: black" >
  <defs>
    <filter id="explode"
       color-interpolation-filters="sRGB">
      <feTurbulence
     type="fractalNoise"
         baseFrequency="0.02"
         numOctaves="4"
         result="noise" />
      <feDisplacementMap 
    in="SourceGraphic" 
    in2="noise" 
    scale="150" 
    <!--其实RGB值如何用的无所谓-->
    xChannelSelector="R" 
    yChannelSelector="B" />
    </filter>
    <radialGradient id="sun_gradient" cx="400" cy="400" 
    r="350" gradientUnits="userSpaceOnUse">
        <stop  offset="0" stop-color="red"/>  
        <stop  offset="0.1" stop-color="red"/>         
        <stop  offset="0.4" stop-color="yellow"/>
        <stop  offset="0.8" stop-color="orange"/>
        <stop  offset="1" stop-color="lightorange" />          
    </radialGradient>
  </defs>
    <!--这里生成一个矩形，然后先用“太阳”渐变滤镜填充，然后在使用由混沌滤镜生成的位移滤镜-->
    <rect x="0" y="0" height="800" width="800"
     fill="url(#sun_gradient)"  filter="url(#explode)"/>
</svg>

光照（Light）

在显示生活中，光照是影响图片效果的很重要的部分。毫无例外的SVG也包含不同的光照滤镜组件（ feDiffueseLighting | feSpecularLighting | feDistantLight | fePointLight | feSpotLight ），其效果如下：

<!--本例子中，首先生成一个混沌滤镜，接着一边根据混沌滤镜来
生成一个位移滤镜，另一边根据混论滤镜还生成光照滤镜，最后将
两个滤镜同时应用到黄色矩形上并最终生成揉皱的黄色纸张的效果。-->
<svg
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" >
  <defs>
    <filter id="recycled_paper"
       color-interpolation-filters="sRGB">
      <feTurbulence
         type="fractalNoise"
         baseFrequency="0.04"
         numOctaves="5"
         seed="0"
         result="noise" />
      <feDisplacementMap
         in="SourceGraphic"
         in2="noise"
         result="displaced_image"
         yChannelSelector="G"
         xChannelSelector="R"
         scale="10" />
      <feDiffuseLighting
         in="noise"
         result="noise_with_lighting"
         lighting-color="rgb(233,230,215)"
         diffuseConstant="1"
         surfaceScale="2" >
        <feDistantLight
           azimuth="235"
           elevation="40" />
      </feDiffuseLighting>
      <feComposite
         in="displaced_image"
         in2="noise_with_lighting"
         result="combined_result"
         <!--自定义两个滤镜结合的方法-->
         operator="arithmetic"
         k1="1.7" />
    </filter>
  </defs>
  <rect x="100" y="100" 
     width="600" height="400"
     style="fill:#ffd42a;filter:url(#recycled_paper)" />
</svg>

总结

那么基本上我们就将所有的滤镜组件都介绍了一遍，我相信你对不同滤镜的效果和使用方法也有个大概的了解。当然这么多滤镜肯定是无法一下子都掌握的，唯有自己多动手试试。下篇我将结合之前介绍过的SVG基础技巧与进阶技巧，来制作一张属于你自己的个性名片！