一、引子
话说前阵子想把一张照片转换成素描，然后发个微博。结果发现mac上没找到能直接转换素描的软件（PS不算，可要好几步呢），坑爹啊～～google 了下，Web上竟然也是没有直接把照片转换成素描的东西，连让我包含期望的美图秀秀（Web版）竟然都没有素描功能，T_T。
手机上是有很多这类app，但是我只是想一键转换下，发个微博嗟，至于这么折腾么……
所以自己动手整一个在线版的吧，没怎么用过canvas，正好可以顺道熟悉下。等不及的童鞋可以先到这里看看效果（http://apps.imatlas.com/sketching/）。
二、怎么转换
刚冒出这个想法的时候，简直是一头雾水诶～数学不行、PS不懂、图形学忘光了……
还好有万能的google，翻了几页，找到一个ps制作素描图片的步骤——虽然我不懂，但是如果按照这个步骤用PS能做成素描，我用代码也一定可以的。嗯，一定是的。
PS里面最简单的一个转换素描的步骤为：
- 去色（黑白化）
- 复制一份，反相
- 把复制后的图层叠加方式设为颜色减淡
- 高斯模糊
PS里面的具体步骤我就不详说了，可以看这篇文章。既然知道了实现步骤，我只要用JS把这些算法都实现了就行啦，哇哈哈哈～
三、原理什么的
去色：把图片变成黑白图，只要把每个像素的R、G、B设为亮度（Y）的值就行了。关于R、G、B、Y的关系可以看到这里看看，这里只要记住这条公式：Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B。
反相：就是将一个颜色换成它的补色。补色就是用255（8位通道模式下，255即2的8次方，16位要用65535去减，即2的16次方）减去它本身得到的值：R(补) = 255 – R。
颜色减淡：其计算公式是：结果色 = 基色 + (混合色 * 基色) / (255 – 混合色)，在这里找到的这条公式，原理我就不多说了，因为我也不大懂（^_^，图形学睡过去了……）。
高斯模糊：嗯，这个是最让我抓头摸脑的。一开始没怎么理解到这个算法，纠结了两天。最后终于灵光一闪，想通了（还好没晕过去大睡三天～.～）！网上有很多C++的实现，但是基本没找到JS的。一开始不想去理解高斯模糊，就尝试把C++代码改成JS的，改了半天，终于放弃了～想明白之后，自己照原理写了个，想不到还挺容易的，呃……具体的高斯模糊原理，就在这里、这里和这里看吧，老衲就不误人子弟了。
本项目已经托管到了Github（https://github.com/iazrael/sketching），这几个方法的源码可以到上面查看。稍微提下实现素描的一个注意事项：去色之后需要拷贝一份像素数组备用，开始是用数组的slice方法来拷贝像素数组的，结果经常需要800ms左右的时间；后来尝试了直接用canvas，putImageData之后再调用getImageData来“曲线救国”，结果只用10几毫秒就可完成，简直让老衲老泪纵横诶～其代码如下：
/** * 素描 * @param {Object} imgData * @param {Number} radius 取样区域半径, 正数, 可选, 默认为 3.0 * @param {Number} sigma 标准方差, 可选, 默认取值为 radius / 3 * @return {Array} */ function sketch(imgData, radius, sigma){ var pixes = imgData.data, width = imgData.width, height = imgData.height, copyPixes; discolor(pixes);//去色 canvas.width = width, canvas.height = height; //复制一份 ctx.clearRect(0, 0, width, height); ctx.putImageData(imgData, 0, 0); copyPixes = ctx.getImageData(0, 0, width, height).data; // 拷贝数组太慢 // copyPixes = Array.prototype.slice.call(pixes, 0); invert(copyPixes);//反相 gaussBlur(copyPixes, width, height, radius, sigma);//高斯模糊 dodgeColor(pixes, copyPixes);//颜色减淡 return pixes; }
(function() { /** * 把图像变成黑白色 * Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B * @param {Array} pixes pix array * @return {Array} * @link {http://www.61ic.com/Article/DaVinci/DM64X/200804/19645.html} */ function discolor(pixes) { var grayscale; for (var i = 0, len = pixes.length; i < len; i += 4) { grayscale = pixes[i] * 0.299 + pixes[i + 1] * 0.587 + pixes[i + 2] * 0.114; pixes[i] = pixes[i + 1] = pixes[i + 2] = grayscale; } return pixes; } /** * 把图片反相, 即将某个颜色换成它的补色 * @param {Array} pixes pix array * @return {Array} */ function invert(pixes) { for (var i = 0, len = pixes.length; i < len; i += 4) { pixes[i] = 255 - pixes[i]; //r pixes[i + 1] = 255 - pixes[i + 1]; //g pixes[i + 2] = 255 - pixes[i + 2]; //b } return pixes; } /** * 颜色减淡, * 结果色 = 基色 + (混合色 * 基色) / (255 - 混合色) * @param {Array} basePixes 基色 * @param {Array} mixPixes 混合色 * @return {Array} */ function dodgeColor(basePixes, mixPixes) { for (var i = 0, len = basePixes.length; i < len; i += 4) { basePixes[i] = basePixes[i] + (basePixes[i] * mixPixes[i]) / (255 - mixPixes[i]); basePixes[i + 1] = basePixes[i + 1] + (basePixes[i + 1] * mixPixes[i + 1]) / (255 - mixPixes[i + 1]); basePixes[i + 2] = basePixes[i + 2] + (basePixes[i + 2] * mixPixes[i + 2]) / (255 - mixPixes[i + 2]); } return basePixes; } /** * 高斯模糊 * @param {Array} pixes pix array * @param {Number} width 图片的宽度 * @param {Number} height 图片的高度 * @param {Number} radius 取样区域半径, 正数, 可选, 默认为 3.0 * @param {Number} sigma 标准方差, 可选, 默认取值为 radius / 3 * @return {Array} */ function gaussBlur(pixes, width, height, radius, sigma) { var gaussMatrix = [], gaussSum = 0, x, y, r, g, b, a, i, j, k, len; radius = Math.floor(radius) || 3; sigma = sigma || radius / 3; a = 1 / (Math.sqrt(2 * Math.PI) * sigma); b = -1 / (2 * sigma * sigma); //生成高斯矩阵 for (i = 0, x = -radius; x <= radius; x++, i++){ g = a * Math.exp(b * x * x); gaussMatrix[i] = g; gaussSum += g; } //归一化, 保证高斯矩阵的值在[0,1]之间 for (i = 0, len = gaussMatrix.length; i < len; i++) { gaussMatrix[i] /= gaussSum; } //x 方向一维高斯运算 for (y = 0; y < height; y++) { for (x = 0; x < width; x++) { r = g = b = a = 0; gaussSum = 0; for(j = -radius; j <= radius; j++){ k = x + j; if(k >= 0 && k < width){//确保 k 没超出 x 的范围 //r,g,b,a 四个一组 i = (y * width + k) * 4; r += pixes[i] * gaussMatrix[j + radius]; g += pixes[i + 1] * gaussMatrix[j + radius]; b += pixes[i + 2] * gaussMatrix[j + radius]; // a += pixes[i + 3] * gaussMatrix[j]; gaussSum += gaussMatrix[j + radius]; } } i = (y * width + x) * 4; // 除以 gaussSum 是为了消除处于边缘的像素, 高斯运算不足的问题 // console.log(gaussSum) pixes[i] = r / gaussSum; pixes[i + 1] = g / gaussSum; pixes[i + 2] = b / gaussSum; // pixes[i + 3] = a ; } } //y 方向一维高斯运算 for (x = 0; x < width; x++) { for (y = 0; y < height; y++) { r = g = b = a = 0; gaussSum = 0; for(j = -radius; j <= radius; j++){ k = y + j; if(k >= 0 && k < height){//确保 k 没超出 y 的范围 i = (k * width + x) * 4; r += pixes[i] * gaussMatrix[j + radius]; g += pixes[i + 1] * gaussMatrix[j + radius]; b += pixes[i + 2] * gaussMatrix[j + radius]; // a += pixes[i + 3] * gaussMatrix[j]; gaussSum += gaussMatrix[j + radius]; } } i = (y * width + x) * 4; pixes[i] = r / gaussSum; pixes[i + 1] = g / gaussSum; pixes[i + 2] = b / gaussSum; // pixes[i] = r ; // pixes[i + 1] = g ; // pixes[i + 2] = b ; // pixes[i + 3] = a ; } } //end return pixes; } var canvas = document.createElement('canvas'), ctx = canvas.getContext('2d'); /** * 素描 * @param {Object} imgData * @param {Number} radius 取样区域半径, 正数, 可选, 默认为 3.0 * @param {Number} sigma 标准方差, 可选, 默认取值为 radius / 3 * @return {Array} */ function sketch(imgData, radius, sigma){ var pixes = imgData.data, width = imgData.width, height = imgData.height, copyPixes; discolor(pixes);//去色 canvas.width = width, canvas.height = height; //复制一份 ctx.clearRect(0, 0, width, height); ctx.putImageData(imgData, 0, 0); copyPixes = ctx.getImageData(0, 0, width, height).data; // 拷贝数组太慢 // copyPixes = Array.prototype.slice.call(pixes, 0); invert(copyPixes);//反相 gaussBlur(copyPixes, width, height, radius, sigma);//高斯模糊 dodgeColor(pixes, copyPixes);//颜色减淡 return pixes; } window.sketching = { discolor: discolor, invert: invert, dodgeColor: dodgeColor, gaussBlur: gaussBlur, sketch: sketch }; if(typeof window.sk === 'undefined'){ window.sk = window.sketching; } })();
拖动加入图片（可以获取到图片base64串）：
(function(){ var $ = window.$ || function(id){ return document.getElementById(id); } var toggleActionButton = function(status){ if(status){ action.classList.add('btn-primary'); action.disabled = false; }else{ action.classList.remove('btn-primary'); action.disabled = true; } } var doSketch = function(){ var st = Math.abs(strangth.value || 5); var imgData = ctx.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height); sk.sketch(imgData, st); ctx.putImageData(imgData, 0, 0); } var defaultWidth = 640, defaultHeight = 480; var setCanvasSize = function(width, height){ var scale = height / width, defaultScale = defaultHeight / defaultWidth; if(scale >= defaultScale && height >= defaultHeight){ height = defaultHeight; width = height / scale; } if(scale <= defaultScale && width >= defaultWidth){ width = defaultWidth; height = width * scale; } // console.log(width, height); canvas.width = width; canvas.height = height; } var drawImage = function(img){ toggleActionButton(false); setTimeout(function(){ //set the width/height will clear the canvas // canvas.width = img.width; // canvas.height = 640 * img.height / img.width; setCanvasSize(img.width, img.height); ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height); ctx.drawImage(img, 0, 0, canvas.width, canvas.height); doSketch(); download.href = canvas.toDataURL(); toggleActionButton(true); }, 0); } var canvas = $('canvas'), action = $('action'), download = $('download'), strangth = $('strength'), dropper = $('dropper'), ctx = canvas.getContext('2d'), cacheImg; dropper.addEventListener('drop', function(e){ e.preventDefault(); dropper.innerHTML = ''; var file = e.dataTransfer.files[0]; var reader = new FileReader(); reader.onload = function(e){ var img = new Image(); img.onload = function(){ cacheImg = this; drawImage(this); } img.src = e.target.result; } reader.onerror = function(e){ var code = e.target.error.code; if(code === 2){ alert('please don\'t open this page using protocol fill:///'); }else{ alert('error code: ' + code); } } reader.readAsDataURL(file); }, false); dropper.addEventListener('dragover', function(e){ e.preventDefault(); }, false); dropper.addEventListener('dragenter', function(e){ e.preventDefault(); }, false); action.addEventListener('click', function(e){ if(cacheImg){ drawImage(cacheImg); }else{ alert('please select a picture first') } }, false); })();
四、怎么用
说起用法啊，那你可以问对人了，哈哈。狠狠的敲入app的网址：http://apps.imatlas.com/sketching/（注意只能用现代浏览器（Chrome，Firefox，Opera，Safari等）打开哦，IE9以前的老古董就甭来啦），然后拖拽一张图片到画布区（就是下面打开的灰色地带～），然后……就没有然后啦，最多2秒之后自动生成素描画。点击download按钮可以下载生成的图片。
如果感觉效果不太好，可以改下取样的半径（Sample size），为正整数，最小为1。如果你一定要填负数、小数，也会被取正取整（抠鼻）。之后点下action按钮，生成新的素描图。
如果你还不明白，下面来看图说明（点击图片可以查看大图）。
sketching 图示
斋说都没益啦，实牙实齿效果才是王道，看看下面的原图：
原图
转换后的素描图：
素描
怎么样，效果是不是还不错咧，嘎嘎嘎。当然，这个算法未必是最好的，欢迎各位童鞋踊跃拍砖，^_^