一個(gè)濾鏡圖表是一個(gè)鏈接在一起的濾鏡網(wǎng)絡(luò) (無(wú)回路有向圖)，使得一個(gè)濾鏡的輸出可以是另一個(gè)濾鏡的輸入。以這種方式，可以實(shí)現(xiàn)精心制作的效果。我們將在下面看到如何連接濾鏡來(lái)創(chuàng)建一個(gè)復(fù)古的拍照效果。

熟悉 Core Image API

有了上述的這些概念，我們可以開(kāi)始探索 Core Image 的圖像濾鏡細(xì)節(jié)了。

Core Image 架構(gòu)

Core Image 有一個(gè)插件架構(gòu)，這意味著它允許用戶(hù)編寫(xiě)自定義的濾鏡并與系統(tǒng)提供的濾鏡集成來(lái)擴(kuò)展其功能。我們?cè)谶@篇文章中不會(huì)用到 Core Image 的可擴(kuò)展性；我提到它只是因?yàn)樗绊懙搅丝蚣艿?API。

Core Image 是用來(lái)最大化利用其所運(yùn)行之上的硬件的。每個(gè)濾鏡實(shí)際上的實(shí)現(xiàn)，即內(nèi)核，是由一個(gè) GLSL (即 OpenGL 的著色語(yǔ)言) 的子集來(lái)書(shū)寫(xiě)的。當(dāng)多個(gè)濾鏡連接成一個(gè)濾鏡圖表，Core Image 便把內(nèi)核串在一起來(lái)構(gòu)建一個(gè)可在 GPU 上運(yùn)行的高效程序。

只要有可能，Core Image 都會(huì)把工作延遲。通常情況下，直到濾鏡圖表的最后一個(gè)濾鏡的輸出被請(qǐng)求之前都不會(huì)發(fā)生分配或處理。

為了完成工作，Core Image 需要一個(gè)稱(chēng)為上下文 (context) 的對(duì)象。這個(gè)上下文是框架真正工作的地方，它需要分配必要的內(nèi)存，并編譯和運(yùn)行濾鏡內(nèi)核來(lái)執(zhí)行圖像處理。建立一個(gè)上下文是非常昂貴的，所以你會(huì)經(jīng)常想創(chuàng)建一個(gè)反復(fù)使用的上下文。接下來(lái)我們將看到如何創(chuàng)建一個(gè)上下文。

查詢(xún)可用的濾鏡

Core Image 濾鏡是按名字創(chuàng)建的。要獲得系統(tǒng)濾鏡的列表，我們要向 Core Image 的 kCICategoryBuiltIn 類(lèi)別請(qǐng)求得到濾鏡的名字：

let filterNames = CIFilter.filterNamesInCategory(kCICategoryBuiltIn) as [String]

iOS 上可用的濾鏡列表非常接近于 OS X 上可用濾鏡的一個(gè)子集。在 OS X 上有 169 個(gè)內(nèi)置濾鏡，在 iOS 上有 127 個(gè)。

通過(guò)名字創(chuàng)建一個(gè)濾鏡

現(xiàn)在，我們有了可用濾鏡的列表，我們就可以創(chuàng)建和使用濾鏡了。例如，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)高斯模糊濾鏡，我們傳給 CIFilter 初始化方法相應(yīng)的名稱(chēng)就可以了：

let blurFilter = CIFilter(named:"CIGaussianBlur")

設(shè)置濾鏡參數(shù)

由于 Core Image 的插件結(jié)構(gòu)，大多數(shù)濾鏡屬性并不是直接設(shè)置的，而是通過(guò)鍵值編碼（KVC）設(shè)置。例如，要設(shè)置模糊濾鏡的模糊半徑，我們使用 KVC 來(lái)設(shè)置 inputRadius 屬性：

blurFilter.setValue(10.0 forKey:"inputRadius")

由于這種方法需要 AnyObject? （即 Objective-C 里的 id）作為其參數(shù)值，它不是類(lèi)型安全的。因此，設(shè)置濾鏡參數(shù)需要謹(jǐn)慎一些，確保你傳值的類(lèi)型是正確的。

查詢(xún)?yōu)V鏡屬性

為了知道一個(gè)濾鏡提供什么樣的輸入和輸出參數(shù)，我們就可以分別獲取 inputKeys 和 outputKeys 數(shù)組。它們都返回 NSString 的數(shù)組。

要獲取每個(gè)參數(shù)的詳細(xì)信息，我們可以看看由濾鏡提供的 attributes 字典。每個(gè)輸入和輸出參數(shù)名映射到它自己的字典里，描述了它是什么樣的參數(shù)，如果有的話還會(huì)給出它的最大值和最小值。例如，下面是 CIColorControls 濾鏡對(duì)應(yīng)的 inputBrightness 參數(shù)字典：

inputBrightness = {
    CIAttributeClass = NSNumber;
    CIAttributeDefault = 0;
    CIAttributeIdentity = 0;
    CIAttributeMin = -1;
    CIAttributeSliderMax = 1;
    CIAttributeSliderMin = -1;
    CIAttributeType = CIAttributeTypeScalar;
};

對(duì)于數(shù)值參數(shù)，該字典會(huì)包含 kCIAttributeSliderMin 和 kCIAttributeSliderMax 鍵，來(lái)限制期望的輸入域。大多數(shù)參數(shù)還包含一個(gè) kCIAttributeDefault 關(guān)鍵字，映射到該參數(shù)的默認(rèn)值。

圖片濾鏡實(shí)戰(zhàn)

圖像濾鏡的工作由三部分組成：構(gòu)建和配置濾鏡圖表，發(fā)送等待濾鏡處理的圖像，得到濾鏡處理后的圖像。下面的部分對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)描述。

構(gòu)建一個(gè)濾鏡圖表

構(gòu)建一個(gè)濾鏡圖表由這幾個(gè)部分組成：實(shí)例化我們需要的濾鏡，設(shè)置它們的參數(shù)，把它們連接起來(lái)以便該圖像數(shù)據(jù)按順序傳過(guò)每個(gè)濾鏡。

在本節(jié)中，我們將創(chuàng)建一個(gè)用來(lái)制作 19 世紀(jì)錫版照風(fēng)格圖像的濾鏡圖表。我們將兩個(gè)效果鏈在一起來(lái)達(dá)到這種效果：同時(shí)去飽和以及染色調(diào)的黑白濾鏡，和一個(gè)暗角濾鏡來(lái)創(chuàng)建一個(gè)有陰影效果的加框圖片。

用 Quartz Composer，來(lái)做 Core Image 濾鏡圖表的原型非常有用，可以從蘋(píng)果開(kāi)發(fā)者網(wǎng)站下載。下面，我們整理了所需的照片濾鏡，把黑白濾鏡和暗角濾鏡串在一起：

http://wiki.jikexueyuan.com/project/objc/images/21-22.png" alt="" />

一旦達(dá)到了我們滿(mǎn)意的效果，我們可以重新在代碼里創(chuàng)建濾鏡圖表：

let sepiaColor = CIColor(red: 0.76, green: 0.65, blue: 0.54)
let monochromeFilter = CIFilter(name: "CIColorMonochrome",
    withInputParameters: ["inputColor" : sepiaColor, "inputIntensity" : 1.0])
monochromeFilter.setValue(inputImage, forKey: "inputImage")

let vignetteFilter = CIFilter(name: "CIVignette",
    withInputParameters: ["inputRadius" : 1.75, "inputIntensity" : 1.0])
vignetteFilter.setValue(monochromeFilter.outputImage, forKey: "inputImage")

let outputImage = vignetteFilter.outputImage

需要注意的是黑白濾鏡的輸出圖像變?yōu)榘到菫V鏡的輸入圖像。這將導(dǎo)致暗角效果要應(yīng)用到黑白圖像上。還要注意的是，我們可以在初始化中指定參數(shù)，而不一定需要用 KVC 單獨(dú)設(shè)置它們。

創(chuàng)建輸入圖像

Core Image 濾鏡要求其輸入圖像是 CIImage 類(lèi)型。而對(duì)于 iOS 的程序員來(lái)說(shuō)這可能會(huì)有一點(diǎn)不尋常，因?yàn)樗麄兏?xí)慣用 UIImage，但這個(gè)區(qū)別是值得的。一個(gè) CIImage 實(shí)例實(shí)際上比 UIImage 更全面，因?yàn)?CIImage 可以無(wú)限大。當(dāng)然，我們不能存儲(chǔ)無(wú)限的圖像在內(nèi)存中，但在概念上，這意味著你可以從 2D 平面上的任意區(qū)域獲取圖像數(shù)據(jù)，并得到一個(gè)有意義的結(jié)果。

所有我們?cè)诒疚闹惺褂玫膱D像都是有限的，而且也可以很容易從一個(gè) UIImage 來(lái)創(chuàng)建一個(gè) CIImage。事實(shí)上，這只需要一行代碼：

let inputImage = CIImage(image: uiImage)

也有很方便的初始化方法直接從圖像數(shù)據(jù)或文件 URL 來(lái)創(chuàng)建 CIImage。

一旦我們有了一個(gè) CIImage，我們就可以通過(guò)設(shè)置濾鏡的 inputImage 參數(shù)來(lái)將其設(shè)置為濾鏡的輸入圖像：

filter.setValue(inputImage, forKey:"inputImage")

得到一個(gè)濾鏡處理后的圖片

濾鏡都有一個(gè)名為 outputImage 的屬性。正如你可能已經(jīng)猜到的一樣，它是 CIImage 類(lèi)型的。那么，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)從一個(gè) CIImage 創(chuàng)建 UIImage 這樣一個(gè)反向操作？好了，雖然我們到此已經(jīng)花了所有的時(shí)間建立一個(gè)濾鏡圖表，現(xiàn)在是調(diào)用 CIContext 的力量來(lái)實(shí)際的做圖像濾鏡處理工作的時(shí)候了。

創(chuàng)建一個(gè)上下文最簡(jiǎn)單的方法是給它的構(gòu)造方法傳一個(gè) nil 字典：

let ciContext = CIContext(options: nil)

為了得到一個(gè)濾鏡處理過(guò)的圖像，我們需要 CIContext 從輸出圖像的一個(gè)矩形內(nèi)創(chuàng)建一個(gè) CGImage，傳入輸入圖像的范圍（bounds）：

let cgImage = ciContext.createCGImage(filter.outputImage, fromRect: inputImage.extent())

我們使用輸入圖像大小的原因是，輸出圖像通常和輸入圖像具有不同的尺寸比。例如，一個(gè)模糊圖像由于采樣超出了輸入圖像的邊緣，圍繞在其邊界外還會(huì)有一些額外的像素。

現(xiàn)在，我們可以從這個(gè)新創(chuàng)建的 CGImage 來(lái)創(chuàng)建一個(gè) UIImage 了：

let uiImage = UIImage(CGImage: cgImage)

直接從一個(gè) CIImage 創(chuàng)建 UIImage 也是可以的，但這種方法有點(diǎn)讓人郁悶：如果你試圖在一個(gè) UIImageView 上顯示這樣的圖像，其 contentMode 屬性將被忽略。使用過(guò)渡的 CGImage 則需要一個(gè)額外的步驟，但可以省去這一煩惱。

用 OpenGL 來(lái)提高性能

用 CPU 來(lái)繪制一個(gè) CGImage 是非常耗時(shí)和浪費(fèi)的，它只將結(jié)果回傳給 UIKit 來(lái)做合成。我們更希望能夠在屏幕上繪制應(yīng)用濾鏡后的圖像，而不必去 Core Graphics 里繞一圈。幸運(yùn)的是，由于 OpenGL 和 Core Image 的可互操作性，我們可以這么做。

要 OpenGL 上下文和 Core Image 上下文之間共享資源，我們需要用一個(gè)稍微不同的方式來(lái)創(chuàng)建我們的 CIContext：

let eaglContext = EAGLContext(API: .OpenGLES2)
let ciContext = CIContext(EAGLContext: context)

在這里，我們用 OpenGL ES 2.0 的功能集創(chuàng)建了一個(gè) EAGLContext。這個(gè) GL 上下文可以用作一個(gè) GLKView 的背襯上下文或用來(lái)繪制成一個(gè) CAEAGLLayer。示例代碼使用這種技術(shù)來(lái)有效地繪制圖像。

當(dāng)一個(gè) CIContext 具有了關(guān)聯(lián) GL 的上下文，濾鏡處理后的圖像就可用 OpenGL 來(lái)繪制，像如下這樣調(diào)用方法：

ciContext.drawImage(filter.outputImage, inRect: outputBounds, fromRect: inputBounds)

與以前一樣，fromRect 參數(shù)是用濾鏡處理后的圖像的坐標(biāo)空間來(lái)繪制的圖像的一部分。這個(gè) inRect 參數(shù)是 GL 上下文的坐標(biāo)空間的矩形應(yīng)用到需要繪制圖像上。如果你想保持圖像的長(zhǎng)寬比，你可能需要做一些數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)得到適當(dāng)?shù)?inRect。

強(qiáng)制在 CPU 上做濾鏡操作

只要有可能，Core Image 將在 GPU 上執(zhí)行濾鏡操作。然而，它確實(shí)有回滾到 CPU 上執(zhí)行的可能。濾鏡操作在 CPU 上完成可具有更好的精確度，因?yàn)?GPU 經(jīng)常在浮點(diǎn)計(jì)算上以失真換得更快的速度。在創(chuàng)建一個(gè)上下文時(shí)，你可以通過(guò)設(shè)置 kCIContextUseSoftwareRenderer 關(guān)鍵字的值為 true 來(lái)強(qiáng)制 Core Image 在 CPU 上運(yùn)行。

你可以通過(guò)在 Xcode 中設(shè)置計(jì)劃配置（scheme configuration）里的 CI_PRINT_TREE 環(huán)境變量為 1 來(lái)決定用 CPU 還是 GPU 來(lái)渲染。這將導(dǎo)致每次一個(gè)濾鏡處理圖像被渲染的時(shí)候 Core Image 都會(huì)打印診斷信息。此設(shè)置用來(lái)檢查合成圖像濾鏡樹(shù)也很有用。

示例應(yīng)用一覽

本文的示例代碼是一個(gè) iPhone 應(yīng)用程序，展示了 iOS 里大量的各式 Core Image 圖像濾鏡。

為濾鏡參數(shù)創(chuàng)建一個(gè) GUI

為了盡可能多的演示各種濾鏡，示例應(yīng)用程序利用了 Core Image 的內(nèi)省特點(diǎn)生成了一個(gè)界面，用于控制它支持的濾鏡參數(shù)：

http://wiki.jikexueyuan.com/project/objc/images/21-23.png" alt="" />

示例應(yīng)用程序只限于單一的圖像輸入以及零個(gè)或多個(gè)數(shù)值輸入的濾鏡。也有一些有趣的濾鏡不屬于這一類(lèi)（特別是那些合成和轉(zhuǎn)換濾鏡）。即便如此，該應(yīng)用程序仍然很好的概述了 Core Image 支持的功能。

對(duì)于每個(gè)濾鏡的輸入?yún)?shù)，都有一個(gè)滑動(dòng)條可以用于配置參數(shù)的最小值和最大值，其值被設(shè)置為默認(rèn)值。當(dāng)滑動(dòng)條的值發(fā)生變化時(shí)，它把改變后的值傳給它的 delegate，一個(gè)持有 CIFilter 引用的 UIImageView 子類(lèi)。

使用內(nèi)建的照片濾鏡

除了許多其他的內(nèi)置濾鏡，示例應(yīng)用程序還展示了 iOS 7 中引入的照片濾鏡。這些濾鏡沒(méi)有我們可以調(diào)整的參數(shù)，但它們值得被囊括進(jìn)來(lái)，因?yàn)樗鼈冋故玖巳绾卧?iOS 中模擬照片應(yīng)用程序的效果：

http://wiki.jikexueyuan.com/project/objc/images/21-24.png" alt="" />

結(jié)論

這篇文章簡(jiǎn)要介紹了 Core Image 這個(gè)高性能的圖像處理框架。我們一直在試圖在如此簡(jiǎn)短的形式內(nèi)盡可能多的展示這個(gè)框架的功能。你現(xiàn)在已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何實(shí)例化和串聯(lián) Core Image 的濾鏡，在濾鏡圖表傳入和輸出圖像，以及調(diào)整參數(shù)來(lái)獲得想要的結(jié)果。你還學(xué)習(xí)了如何訪問(wèn)系統(tǒng)提供的照片濾鏡，用以模擬在 iOS 上的照片應(yīng)用程序的行為。

現(xiàn)在你知道了足夠多的東西來(lái)寫(xiě)你自己的照片編輯應(yīng)用程序了。隨著更多的一些探索，你就可以寫(xiě)自己的濾鏡了，利用你的 Mac 或 iPhone 的神奇的力量來(lái)執(zhí)行以前無(wú)法想象的效果?？烊?dòng)手做吧！

參考

Core Image Filter Reference 包含了 Core Image 提供的圖像濾鏡的完整列表，以及用法示例。

如果想要寫(xiě)更函數(shù)式風(fēng)格的 Core Image 代碼，可以看看 Florian Kluger 在 objccn.io 話題 #16 里的文章。

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