很多時候，我們需要對一個圖像的局部進行調整，這個調整必須是平滑的和可互動式的。Photoshop液化濾鏡中向前變形工具就是這樣一個工具，很好用。類似工具有美圖秀秀(http://xiuxiu.meit...
很多時候，我們需要對一個圖像的局部進行調整，這個調整必須是平滑的和可互動式的。Photoshop液化濾鏡中向前變形工具就是這樣一個工具，很好用。類似工具有美圖秀秀(http://xiuxiu.meitu.com/)的瘦臉功能。本文描述這類工具背後的原理與算法。
先以美圖秀秀為例子，簡單描述下向前變形功能。
首先，用滑鼠控制一個圓形的選區。
然後，點選滑鼠左鍵，向某個方向拖動，就可以産生光滑的向前變形圖檔：
通過這個工具，可對圖檔的局部進行調整，自由度比較大，是以比較實用。
下面講講這類算法的原理。
上圖中，陰影圓環代表一個半徑為 rmax 的圓形選區。其中，C點是滑鼠點下時的點，也就是圓形選區的圓心。滑鼠從C拖到M，緻使圖像中的點U變換到點X。是以，關鍵問題是找到上面這個變換的逆變換——給出點X時，可以求出它變換前的坐标U（精确的浮點坐标），然後用變化前圖像在U點附近的像素進行插值，求出U的像素值。如此對圓形選區内的每一個像素進行求值，便可得出變換後的圖像。
Andreas Gustafsson 的 Interactive Image Warping 一文給出了這一逆變換公式：
這個變形算法的特點是：
1 隻有圓形選區内的圖像才進行變形
2 越靠近圓心，變形越大，越靠近邊緣的變形越小，邊界處無變形
3 變形是平滑的
具體實作步驟如下：
1 對于圓形選區裡的每一像素，取出其R,G,B各分量，存入3個Buff（rBuff, gBuff, bBuff）中（也即，三個Buff分别存儲選區内的原圖像的R,G,B三個通道的數值）
2 對于圓形選區裡的每一個像素X，
2.1 根據上面的公式，算出它變形前的位置坐标精确值U
2.2 用插值方法，根據U的位置，和rBuff, gBuff, bBuff中的數值，計算U所在位置處的R,G,B等分量
2.3 将R，G，B等分量合成新的像素，作為X處的像素值
代碼我就不貼了，真正對這功能有需求的，根據上面的文字可以很容易寫出來——解決這類問題，重要的不是代碼，而是思路和算法。
下面是我的實作示範：
上圖中，左上角是原圖，右下角是變形後的圖。紅色圓圈圈起來的是變形區域。可以看見，變形很光滑。我在上面的算法中引入了變形強度s(strength)，上圖中strength=20。
引入strength，公式就得修改下，下面是我的修改版公式：
看看結果——
原圖：
變形，strength=20：
變形，strength=120：
photoshop與美圖秀秀裡這個功能可以連續的進行變形。我猜測，這個連續的變形是由一系列基礎變形串聯起來的，也就是，滑鼠從M0拖到Mn位置，并不是隻計算M0->Mn這個變換，而是在滑鼠軌迹上引入一系列中間點，M1,M2…Mn-1，然後，對圖像進行M0->M1,M1->M2,…,Mn-1->Mn等一系列變換。
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最後，娛樂一下，來一個SB（蒼天哥，Sky Brother，簡稱"SB"）最近的惡搞大作：