WPF中的MatrixTransform

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虽然在WPF中可以使用TranslateTransform、RotateTransform、ScaleTransform等进行几何变换,但我们也可以使用更底层的MatrixTransform(矩阵变换)来进行更复杂的复合变换。

首先我们矩阵如何影响几何变换的:

1,缩放操作
观察下面的矩阵乘法
matrix1.png
如果我们用[2 5]代表点(2,5),我们发现其乘以一个矩阵后变成了[4,5],与之对应的点是(4,5),这相当与其X坐标变成了原来的两倍。
同理:
matrix2.png
经过矩阵乘法后点(2,5)的Y坐标变成了原来的两倍(2,10)。

我们可以总结出这样的结论:
matrix3.png

可以将矩阵的第二和第三个元素设置为0并用矩阵中M11和M22来进行缩放操作,其中M11是对X坐标进行缩放,M22是对Y坐标进行缩放

2,旋转操作
观察下面的矩阵乘法:

matrix4.png
向量(-5,2)相当于是向量(2,5)按照顺时针方向旋转了90度。
但这里并没有总结出向缩放一样的简单结论,但我们可以知道,我们可以使用如下的2X2矩阵:
matrix5.png
来对点进行线性变换(旋转,缩放。注意:平移变换不是线性变换),即将点对应的矩阵乘以该线性变换矩阵便可。

3,平移操作
在矩阵加法中:
matrix6.png
我们可以发现点(3,5)实际是在点(2,5)的基础上想X方向平移1一个单位。
同理,
matrix7.png
点(2,6)实际是在点(2,5)的基础上想Y方向平移1一个单位。
我们可以得到如下结论:
我们可以使用点对应的矩阵加上如下的矩阵
matrix8.png
来实现平移操作,其中offsetX实现了X轴方向上的平移,offsetY实现了Y方向上的平移。

4,几种操作的融合
如果仅仅是简单的单一操作(仅旋转或仅平移等)我们就没有必要在这里进行讨论了。现在我们需要将几种几何变换揉合在一起,比如平移对象的同时旋转对象等,我们可以将矩阵乘法与加法揉合在一起进行混合运算。比如向量(2,3)先进行缩放和旋转后再分别在X与Y轴方向上平移了5个与6个单位
matrix9.png
上面的这种变换称为仿射变换(affine transformation)

注意:这种几何变换在操作的先后顺序上是需要注意的,不同的操作次序可以带来不同的结果,比如上面的例子,如果我们先进行平移操作后进行缩放与旋转将得到如下结果:
matrix10.png

其实我们更希望将仿射变换中的几个矩阵存储到一个矩阵中来,一种较好的方式是将变换用到的2X2矩阵变成3X3矩阵,这也就是为什么我们WPF中的变换矩阵是3X3的。
在如下矩阵中:
matrix11.png
其中M11,M12,M21,M22就来自于线性变换矩阵,用于指示旋转缩放等线性变换;X, Y来自与平移矩阵,用于指示平移变换。
由于最右边一列始终是001,所以WPF中的MatrixTransform类的构造函数仅仅需要指定6个参数。

### WPF 中 Matrix 的使用方法及概念 #### 什么是 Matrix? Matrix 是一种用于表示二维空间变换的数学工具,在 WPF 中被用来描述如何将一个图形从一个位置或状态转换到另一个位置或状态。它本质上是一个 3×3 的双精度浮点数数组,通常只使用前两行和三列来进行计算[^3]。 #### 如何应用 MatrixTransformMatrixTransform 可以应用于任何支持变换的 WPF 元素上,例如 `UIElement` 或其派生类。通过修改 Matrix 的属性值,可以实现诸如旋转、缩放和平移等操作[^2]。 以下是几个常见用途及其对应的代码示例: --- #### 示例 1: 倾斜 (Skew) 效果 下面展示了如何利用 Matrix 实现倾斜效果: ```csharp <Window x:Class="WpfApp.MainWindow" xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation" xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"> <Grid> <Rectangle Width="100" Height="100" Fill="Blue"> <Rectangle.RenderTransform> <MatrixTransform> <MatrixTransform.Matrix> <!-- 定义倾斜矩阵 --> <Matrix OffsetX="0.5" /> </MatrixTransform.Matrix> </MatrixTransform> </Rectangle.RenderTransform> </Rectangle> </Grid> </Window> ``` 上述代码中的 `OffsetX=0.5` 表示沿 X 轴方向上的偏移量,从而实现了水平倾斜的效果。 --- #### 示例 2: 缩放 (Scale) 和平移 (Translate) 此例子演示了如何组合缩放与位移功能: ```csharp <Window x:Class="WpfApp.MainWindow" xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation" xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"> <Grid> <Ellipse Width="100" Height="100" Fill="Red"> <Ellipse.RenderTransform> <MatrixTransform> <MatrixTransform.Matrix> <!-- 设置缩放和平移动作 --> <Matrix M11="2" M22="2" OffsetX="50" OffsetY="50"/> </MatrixTransform.Matrix> </MatrixTransform> </Ellipse.RenderTransform> </Ellipse> </Grid> </Window> ``` 在此处,参数 `M11` 和 `M22` 控制着宽度和高度的比例因子;而 `OffsetX` 和 `OffsetY` 则决定了对象最终呈现时相对于原点的位置变化情况。 --- #### 示例 3: 自定义复杂变换 如果需要更高级别的自定义能力,则可以直接编辑完整的 matrix 数组来构建独一无二的变化模式。如下所示的是一个简单的镜像反射实例: ```csharp <Window x:Class="WpfApp.MainWindow" xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation" xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"> <Grid> <TextBlock Text="Hello World!" FontSize="48" Foreground="Green"> <TextBlock.RenderTransform> <MatrixTransform> <MatrixTransform.Matrix> <!-- 创建垂直翻转 --> <Matrix M11="-1" M12="0" M21="0" M22="1" OffsetX="192" OffsetY="0"/> </MatrixTransform.Matrix> </MatrixTransform> </TextBlock.RenderTransform> </TextBlock> </Grid> </Window> ``` 这里我们设置了负值给 `M11` 来达到文字左右颠倒的目的,并适当调整了 `OffsetX` 让结果居中显示。 --- ### 总结 通过对 Matrix 各项数值的不同设定,开发者能够轻松完成各种类型的视觉特效制作工作。无论是基本的操作还是更加复杂的多步处理流程都可以借助于这一强大机制得以顺利完成[^1]^。
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