按角度旋转CIImage时的Core Image坐标系与extent相关问题

问题2：extent origin为负的含义 #

Core Image使用的是全局工作空间坐标系，原点固定在左下角，不是某张CIImage的局部坐标系。
CIImage的extent属性是描述当前图像所有有效像素在工作空间坐标系中覆盖的最小矩形。你对原始图像（初始extent为(0.0, 0.0, 800.0, 800.0)）绕中心做旋转变换时，图像的四个角会超出原始的坐标范围，部分像素会落到x<0、y<0的区域，因此extent的origin会变为负数，同时宽高会大于原始尺寸，这是正常的计算结果。

你观察到的图片不断缩小的原因：旋转后的extent宽高越来越大，生成的CGImage尺寸也随之变大，而UIImageView使用scaleAspectFit模式，相同视图尺寸下，更大的图片会被等比缩小显示，就出现了图片越转越小的现象。

问题1：适配原始矩形的缩放系数计算 #

如果要保证旋转后的图像完全适配原始矩形范围，不超出边界，可以按照以下公式计算缩放系数：
对于宽为originalW、高为originalH的原始图像，旋转角度为angle时，最大可用缩放系数为：

let scale = min(
    originalW / (originalW * abs(cos(angle)) + originalH * abs(sin(angle))),
    originalH / (originalW * abs(sin(angle)) + originalH * abs(cos(angle)))
)

如果是正方形图像（宽高相等），公式可以简化为：

let scale = 1 / (abs(cos(angle)) + abs(sin(angle)))

修正后的核心代码示例 #

@IBAction func rotateImage() {
    // 固定取原始图像的extent，不要用变换后的ciImage.extent计算
    let originalExtent = CIImage(cgImage: UIImage(contentsOfFile: imagePath)!.cgImage!).extent
    let originalW = originalExtent.width
    let originalH = originalExtent.height
    
    currentAngle += CGFloat.pi/10
    
    // 1. 构造旋转变换（绕中心旋转）
    let translate = CGAffineTransform(translationX: originalExtent.midX, y: originalExtent.midY)
    let rotate = CGAffineTransform(rotationAngle: currentAngle)
    let translateBack = CGAffineTransform(translationX: -originalExtent.midX, y: -originalExtent.midY)
    let rotateTransform = translateBack.concatenating(rotate.concatenating(translate))
    
    // 2. 构造缩放变换
    let scale = 1 / (abs(cos(currentAngle)) + abs(sin(currentAngle)))
    let scaleTransform = CGAffineTransform(scaleX: scale, y: scale)
    
    // 3. 拼接变换并应用到原始图像
    ciImage = CIImage(cgImage: UIImage(contentsOfFile: imagePath)!.cgImage!)
    ciImage = ciImage.transformed(by: rotateTransform.concatenating(scaleTransform))
    
    // 4. 平移extent到原点为0，消除负坐标带来的空白
    let adjustTransform = CGAffineTransform(translationX: -ciImage.extent.minX, y: -ciImage.extent.minY)
    ciImage = ciImage.transformed(by: adjustTransform)
    
    NSLog("Extent \(ciImage.extent), Angle \(currentAngle)")
    let cgImage = ciContext.createCGImage(ciImage, from: ciImage.extent)
    imageView.image = UIImage(cgImage: cgImage!)
}

修正后生成的CIImage extent永远为(0, 0, originalW, originalH)，不会出现尺寸变大的问题，UIImageView显示时也不会再缩小。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Deepak Sharma