Windows的位图alpha混合技术

程  东

（北京大学地球与空间科学学院，100871）

 

摘  要：本文介绍了在Windows环境下对位图的图像alpha混合技术，提供了alpha混合函数的实现方法，并对Windows API提供的alpha混合函数的使用进行了介绍。

 

关键词：Windows API，alpha混合，位图。

 

1　引言

在游戏、图像处理等程序中，经常会看到图像的淡入、淡出、两个或多个图像重叠显示、三维物体的光影效果等，这些特殊效果使用到的技术就是图像的混合技术，也叫图像的alpha混合。alpha混合是像素融合算法之一，就是按照“alpha”混合向量的值来混合源像素和目标像素，具体的说就是将源像素和目标像素加权相加的组合（混合）两个图像（源图像和目标图像）。源像素的权值通常被称为alpha值，目标像素的权值是(1−alpha)，1是最大的颜色值。alpha混合是按颜色通道定义，而不是按位定义的。

 

2　alpha混合的实现

我们定义alpha为0时表示源像素完全透明，为1时表示完全不透明。假定我们用的是24位色或32位色位图，alpha混合的概念运算式为：

Dst.Red    = Src.Red   * alpha + (1-alpha) * Dst.Red  ;

Dst.Green  = Src.Green * alpha + (1-alpha) * Dst.Green;

Dst.Blue   = Src.Blue  * alpha + (1-alpha) * Dst.Blue ;

Dst.Alpha  = Src.Alpha * alpha + (1-alpha) * Dst.Alpha;

根据这个公式我们可以编制alpha混合图像的函数：

 

// 24位位图的alpha混合. 要求源位图和目标位图大小相等，且像素格式都为24位

procedure AlphaBlend24(BitmapDest, BitmapSrc:TBitmap; Alpha:Byte);

var

  pDest, pSrc : PByteArray;

  X,Y :Integer;

  Beta:Integer;

begin

  Beta := 255 - Alpha;

  for Y := 0 to BitmapDest.Height - 1 do

  begin

    pDest := BitmapDest.ScanLine[Y];

    pSrc  := BitmapSrc.ScanLine[Y];

    for X := 0 to BitmapDest.Width - 1 do

    begin

      pDest[0]:= (pSrc[0] * Alpha + pDest[0] * Beta) div 255;

      pDest[1]:= (pSrc[1] * Alpha + pDest[1] * Beta) div 255;

      pDest[2]:= (pSrc[2] * Alpha + pDest[2] * Beta) div 255;

      Inc(Longword(pDest) ,3); // 指向下一个像素

      Inc(Longword(pSrc ) ,3);

    end;

  end;

end;

 

注意，代码中没有使用浮点数，只是将0到1的alpha值用0到255代替，这是Windows程序的通常做法。以上的代码只实现了24位位图的alpha混合，其它像素类型的alpha混合代码是相似的，所以这里不再给出。

 

3　、Windows API的AlphaBlend使用

由于图像的alpha混合技术使用非常广泛，所有图像处理引擎都支持这项操作，如OpenGL和DirectX等。但是这些图像处理引擎都是用来处理复杂图像，而且使用比较复杂，如果我们的程序不是用来处理复杂图像而只需要简单的alpha混合功能，那么使用上述图形引擎就显得没有必要了。实际上在Windows 98和Windows 2000中已经提供了实现alpha混合的API，就是AlphaBlend函数，这个函数是Windows 98和Windows 2000中GDI新加的功能，AlphaBlend函数声明如下：

BOOL AlphaBlend(

HDC hdcDest, int nXOriginDest, int nYOriginDest, int nWidthDest,  int nHeightDest,

HDC hdcSrc, int nXOriginSrc, int nYOriginSrc, int nWidthSrc, int nHeightSrc,

BLENDFUNCTION blendFunction);

 

该API函数中使用了一个结构

typedef struct _BLENDFUNCTION

{

    BYTE   BlendOp;

    BYTE   BlendFlags;

    BYTE   SourceConstantAlpha;

    BYTE   AlphaFormat;

} BLENDFUNCTION;

 

AlphaBlend函数的原型看起来和StretchBlt函数非常像，头5个参数指明了目标设备上下文和以逻辑坐标定义的矩形。同样，随后的5个参数指明了源设备上下文和以逻辑坐标定义的源表面的矩形。对源设备上下文也有限制，即源矩形必须在源设备上下文内，源设备上下文不能有剪切和旋转。注意，用到源设备上下文使得AlphaBlend函数不能直接使用DIB（即设备无关位图）。

最后一个参数blendFunction是一个BLENDFUNCTION结构。BLENDFUNCTION结构控制源和目标位图的混合方式，它的BlendOp字段指明了源混合操作，但只支持AC_SRC_OVER，即根据源alpha值把源图像叠加到目标图像上。OpenGL的alpha混合还支持其他的方式，如常量颜色源。下一个字段BlendFalgs必须是0，也是为以后的应用保留的。最后一个字段AlphaFormat有两个选择：0表示常量alpha值，AC_SRC_ALPHA表示每个像素有各自的alpha通道。

如果AlphaFormat字段为0,源位图中的所有像素使用同样的常量alpha值，即SourceConstantAlpha字段中的值，该值实际上是0和255，而不是0和1。这里0表示完全透明，255表示完全不透明。目标像素以255-SourceConstantAlpha值作为alpha值。

如果AlphaFormat字段的值是AC_SRC_ALPHA，源设备表面的每个像素必须有各自的alpha通道。即，必须是32-bpp的物理设备上下文，或是选中了32-bpp DDB和DIB段的内存设备上下文。这些情况下，每个源像素有4个8位通道：红、绿、蓝和alpha。每个像素的alpha通道和SourceConstantAlpha字段一起用于把源和目标混合起来。实际用于计算的运算式如下：

Tmp.Red   = Src.Red   * SourceConstantAlpha / 255;

Tmp.Green = Src.Green * SourceConstantAlpha / 255;

Tmp.Blue  = Src.Blue  * SourceConstantAlpha / 255;

Tmp.Alpha = Src.Alpha * SourceConstantAlpha / 255;

Beta      = 255 – Tmp.alpha;

Dst.Red   = Tmp.Red   + Round((Beta * Dst.Red  )/255);

Dst.Green = Tmp.Green + Round((Beta * Dst.Green)/255);

Dst.Blue  = Tmp.Blue  + Round((Beta * Dst.Blue )/255);

Dst.Alpha = Tmp.Alpha + Round((Beta * Dst.Alpha)/255);

 

4　程序实例

下面演示AlphaBlend函数的使用，在Delphi 7中新建一工程，在Form1上放置三个Image控件和一个TrackBar控件，再加上一个Label控件和两个RadioButton控件。Image1中调入一个24位位图，Iamge2中调入另外一个24位位图，TrackBar1的Min属性设为0,Max属性设为255，窗体如图1。

图1　窗体示意图

 

程序的主要代码如下：

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

  Image3.Width := Image1.Width;

  Image3.Height := Image1.Height;

  TrackBar1Change(Self);

end;

 

procedure TForm1.TrackBar1Change(Sender: TObject);

begin

  Label1.Caption := IntToStr(TrackBar1.Position);

  if RadioButton1.Checked then

    AlphaDraw1

  else

    AlphaDraw2;

end;

 

// 使用AlphaBlend API进行alpha混合

procedure TForm1.AlphaDraw1;

var

  Bmp: TBitmap;

  BF: BLENDFUNCTION;

begin

  Bmp := TBitmap.Create;

  Bmp.Assign(Image1.Picture.Bitmap);

  BF.BlendOp := AC_SRC_OVER;

  BF.BlendFlags := 0;

  BF.SourceConstantAlpha := TrackBar1.Position;

  BF.AlphaFormat := 0;

 

  Windows.AlphaBlend(Bmp.Canvas.Handle, 0,0,Bmp.Width, Bmp.Height,

                     Image2.Picture.Bitmap.Canvas.Handle, 0,0,Bmp.Width, Bmp.Height,

                     BF);

  Image3.Canvas.Draw(0,0,Bmp);

  Bmp.Free;

end;

 

// 使用自编的AlphaBlend24函数进行alpha混合

procedure TForm1.AlphaDraw2;

var

  Bmp: TBitmap;

begin

  Bmp := TBitmap.Create;

  Bmp.Assign(Image1.Picture.Bitmap);

 

  AlphaBlend24(Bmp, Image2.Picture.Bitmap, TrackBar1.Position);

 

  Image3.Canvas.Draw(0,0,Bmp);

  Bmp.Free;

end;

 

运行时从左到右拖动TrackBar，最下面图像就由第一幅图逐渐变为第二幅图。本程序还演示了自编alpha混合函数的使用，效果与AlphaBlend相同。本示例程序在Delphi 7 和 Windows 2000中文版中运行通过。

 

参考文献：

［1］《Windows 图形编程》（美）Feng Yuan 著  机械工业出版社，2002

［2］《Windows 程序设计》（第5版）（美）Charles Petzold 著  北京大学出版社，1999