打造图像编辑器（一）——基础架构与图像滤镜

前言

这是一个针对于图像编辑的系列，我会陆陆续续完成包括但不限于：图像滤镜、高级滤镜、图像卷积、图像压缩、水印、Gif操作、图像格式转换等功能。尽量所有的计算都在前端（浏览器）完成，不涉及到服务器计算。

其实很多时候让服务器去操作文件会更简单一些，但我们还是努力不依靠服务器，看看能不能实现一个纯前端的图像编辑器！如果你觉得这样的内容有意思的话，点点关注点点赞吧～

基础架构

下面我们先来看整个编辑器的宏观架构，图像编辑器我使用的技术栈是React+Vite+Mobx+antd，这也是自己比较习惯的技术栈，但其实核心并不在这些框架里面，比如今天实现的操作核心是在Canvas，所以这跟你用什么框架关系不大，感兴趣的话可以耐心看下去。

页面设计

整个页面在没有上传图片的时候，只有一个上传框。

在上传完图片之后，会有大致三个核心的区域：

左侧图像操作区域
中间图片预览区域
右侧的缩略图区域

代码设计

依照上面的交互设计，我们就可以来实现页面的组件分层，组件的关系大致如下图：

在划分好组件的职责之后，就要开始更抽象的去划分整一个编辑器的结构。首先整体的交互是：

点击上传图片开始预览
左侧的操作会影响中间区域的图片预览效果
右侧的图片选择区域可以自由选择当前需要编辑和预览的图片
可以下载编辑后的图片

这样看来跨组件的通信会相对来说比较多，所以整个编辑器采用了Mobx作为状态管理工具。

这里的左侧操作区域跟右侧图像列表区域都会对Mobx的数据产生影响，比如说对当前选择的图像应用滤镜效果；更换当前选择的图像等等，在这些数据变更之后，预览区通过监听Mobx的数据变更，来执行相应的UI更新渲染。

那么先来关注一下Mobx里存储了什么东西：

FileStore
- files：上传的图像列表
- currentFile：当前选中的图像
- actionMap：图像id对应的操作
  - type:操作类型，比如FILTER滤镜
  - 其他属性

骨架搭建

根据上面的设计，可以先写出如下的架子：

js 复制代码

const Home = () => {
  return (
    <Layout>
      <div className={styles.container}>
        <Tools />
        <Content />
        <FileList />
      </div>
    </Layout>
  );
};

export default Home;

左侧操作区

其中Tools的交互依赖了antd的Menu组件，这里我稍微修改了一下菜单组件，把具体的图像操作放在了具体的下拉菜单中：

那Tools就可以分解成一个个具体的操作空间，具体的实现代码如下：

js 复制代码

import { Menu } from "antd";
import styles from "./index.module.less";
import Filter from "./Filter";
import { observer } from "mobx-react-lite";
import useStore from "../../store/RootStore";

const Tools = () => {
  const { fileStore } = useStore();
  const { currentFile } = fileStore;
  const items = [
    {
      key: "0",
      label: "基础滤镜",
      children: [
        {
          key: "0-0",
          label: <Filter />,
        },
      ],
    },
  ];

  if (fileStore.files.length === 0) {
    return;
  }

  return (
    <div className={styles.container}>
      <Menu
        key={currentFile?.uid}
        className={styles.toolMenu}
        mode="inline"
        items={items}
      ></Menu>
    </div>
  );
};

export default observer(Tools);

items数组就是所有的操作集合，具体每一个操作里面的内容则由具体的组件去控制。

中间预览区

中间区域则是图像的预览区域，我们是需要实现各种各样的图像效果，使用img标签来渲染显然是不太合理的，而canvas就是一个合适的选择。那么这里就可以实现一个预览组件如下：

js 复制代码

  const init = (file) => {
    const reader = new FileReader();
    reader.readAsDataURL(file);
    reader.onload = (readerEvent) => {
      const url = readerEvent.target.result;
      const image = new Image();
      image.src = url;
      dataUrl.current = url;
      image.onload = () => {
        const canvas = displayCanvas.current;
        const context = canvas.getContext("2d");
        const originalWidth = image.width;
        const originalHeight = image.height;
        const defaultWidth =
          container.current.getBoundingClientRect().width * 0.8;
        canvas.width = originalWidth;
        canvas.height = originalHeight;
        context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
        context.drawImage(image, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
      };
  };
  useEffect(() => {
    init(file);
  }, [file]);

解释一下上面的代码：

file是一个File对象，就是我们通过Upload组件上传文件获取到的内容
读出file的内容，并创建一个Image对象去加载
将加载好的图像绘制到canvas中

右侧图像列表

右侧的图像列表就是获取Mobx的所有图像渲染出来做一个预览，对于每一个图像来说还有删除跟下载的逻辑。具体的代码实现如下：

js 复制代码

import { observer } from "mobx-react-lite";
import useStore from "../../store/RootStore";
import styles from "./index.module.less";
import { DownloadOutlined, DeleteOutlined } from "@ant-design/icons";

import React, { useEffect, useRef, useState } from "react";
import Upload from "../Upload";
import { toJS } from "mobx";
import download from "../../actions/download";

const FileList = () => {
  const { fileStore } = useStore();
  const { files, currentFile, actionMap } = fileStore;

  const [imageUrls, setImageUrls] = useState([]);
  const urlRef = useRef([]);
  useEffect(() => {
    urlRef.current.forEach((url) => URL.revokeObjectURL(url));
    const urls = toJS(files).map((file) => URL.createObjectURL(file));
    urlRef.current = urls;
    setImageUrls(urls);
  }, [files]);
  if (files.length === 0) {
    return;
  }

  return (
    <div className={styles.container}>
      <div className={styles.scrollWrapper}>
        {imageUrls.map((url, index) => (
          <div
            key={url}
            onClick={() => fileStore.setCurrentFile(files[index])}
            className={`${styles.imgContainer} ${
              files?.[index]?.uid === currentFile?.uid
                ? styles.imgContainerSelected
                : ""
            }`}
          >
            <img
              className={styles.img}
              key={index}
              src={url}
              alt={`Image ${index}`}
            />
            <div className={styles.actions}>
              <DownloadOutlined
                onClick={() => {
                  const file = files[index];
                  download(files[index], actionMap[file.uid]);
                }}
              />
              <DeleteOutlined
                onClick={() => {
                  const file = files[index];
                  fileStore.deleteFile(file.uid);
                }}
              />
            </div>
          </div>
        ))}
      </div>
      <div className={styles.upload}>
        <Upload inline />
      </div>
    </div>
  );
};

export default observer(FileList);

离屏Canvas

在搭建好上面的架子之后，我们来思考一个问题。如果我有一张2000*2000像素的图片，按照上面的代码来预览，在预览区域中，我们的canvas大小是多少呢？是的，也是2000*2000，因为我们使用了图片的原始宽度跟原始高度作为canvas的宽高。那其实这样是不太合理的，因为整一个预览区域的宽度是有限的，我们必须对画布进行一些缩放。

此时如果我创建一个500*500的画布，然后将这张图片绘制到这个画布上会有什么问题吗？就预览来说，是没有问题的，宽高比也一样，看起来可能会稍微模糊一点，但问题不大。但是当我们重新再把这张图片下载下来的时候，会发现图片的像素变低了，其实我们无意中就做了一个有损的图片压缩操作。

那我们既想预览图片的时候以一个合理的宽高去预览，又不想导出的时候影响图像的质量，这里就需要引入一个离屏canvas。

离屏 Canvas 指的是在浏览器中创建一个不直接显示在页面上的 Canvas 元素。这种 Canvas 元素通常用于进行一些图形计算、绘制或处理，而无需在用户界面中显示。离屏 Canvas 提供了一种在不干扰用户界面的情况下进行图形操作的方式。

也就是说我们的预览区域会有两个canvas：

displayCanvas：显示在界面上的canvas，宽高按一定比例缩放
memoryCanvas：在内存的canvas，宽高与原图像保持一致

搞清楚这一点之后，我们可以重新写一下绘制的初始化代码：

js 复制代码

import { useEffect, useRef, useState } from "react";
import styles from "./index.module.less";
import useFilter from "../../hooks/useFilter";
import { observer } from "mobx-react-lite";
import useStore from "../../store/RootStore";

const Preview = ({ file }) => {
  const memoryCanvas = useRef(null);
  const displayCanvas = useRef(null);
  const container = useRef(null);
  const { fileStore } = useStore();
  const currentImg = useRef(null);
  const init = (file) => {
    const reader = new FileReader();
    reader.readAsDataURL(file);
    reader.onload = (readerEvent) => {
      const url = readerEvent.target.result;
      const image = new Image();
      image.src = url;
      image.onload = () => {
        initMemoryCanvas();
        initDisplayCanvas();
        currentImg.current = image;
      };
      const initMemoryCanvas = () => {
        const originalWidth = image.width;
        const originalHeight = image.height;
        const canvas = document.createElement("canvas");
        memoryCanvas.current = canvas;
        const context = canvas.getContext("2d");
        canvas.width = originalWidth;
        canvas.height = originalHeight;
        context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
        context.drawImage(image, 0, 0, originalWidth, originalHeight);
      };

      const initDisplayCanvas = () => {
        const canvas = displayCanvas.current;
        const context = canvas.getContext("2d");
        const originalWidth = image.width;
        const originalHeight = image.height;
        const defaultWidth =
          container.current.getBoundingClientRect().width * 0.8;
        canvas.width = Math.min(defaultWidth, originalWidth);
        canvas.height = Math.min(
          defaultWidth * Number((originalWidth / originalHeight).toFixed(2)),
          originalHeight
        );
        context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
        context.drawImage(image, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
      };

      initMemoryCanvas();
      initDisplayCanvas();
    };
  };
  useEffect(() => {    
      init(file);
  }, [file]);

  return (
    <div className={styles.container} ref={container}>
      <canvas ref={displayCanvas}></canvas>
    </div>
  );
};

export default observer(Preview);

滤镜

今天我们介绍的canvas滤镜有如下几种：

灰度（grayscale）：
- 描述：将图像转为灰度。
- 取值范围：0（原始颜色）到 100（完全灰度）。
- 默认值：0。
模糊（blur）：
- 描述：使图像模糊。
- 取值范围：0（无模糊）以上的正值，表示模糊程度。
- 默认值：0。
色相旋转（hue-rotate）：
- 描述：按照一定的角度旋转图像的色相。
- 取值范围：0deg（原始颜色）到 360deg（完整的颜色轮旋转）。
- 默认值：0。
对比度（contrast）：
- 描述：调整图像的对比度。
- 取值范围：0（完全灰度）到 200（最大对比度）。
- 默认值：100。
反转颜色（invert）：
- 描述：反转图像的颜色。
- 取值范围：0（原始颜色）到 100（完全反转）。
- 默认值：0。
饱和度（saturate）：
- 描述：调整图像的饱和度。
- 取值范围：0%（完全灰度）以上的正值，表示饱和度的倍数。
- 默认值：100。
亮度（brightness）：
- 描述：调整图像的亮度。
- 取值范围：0%（完全黑暗）以上的正值，表示亮度的倍数。
- 默认值：100。

滤镜的UI实现是一个Form表单，具体代码如下：

js 复制代码

import { Button, Form, Slider } from "antd";
import { observer } from "mobx-react-lite";
import useStore from "../../../store/RootStore";
import { isEmpty } from "lodash";
import { ACTION_TYPE } from "../../../utils/constants";
import { toJS } from "mobx";
const DEFAULT_VALUE = {
  grayscale: 0,
  blur: 0,
  "hue-rotate": 0,
  contrast: 100,
  invert: 0,
  saturate: 100,
  brightness: 100,
};
const Filter = () => {
  const [form] = Form.useForm();
  const { fileStore } = useStore();
  const { currentFile, updateActionMap, actionMap, updateFile } = fileStore;
  const handleValueChange = (_, values) => {
    if (currentFile?.uid) {
      updateActionMap(currentFile.uid, { ...values, type: ACTION_TYPE.FILTER });
    }
  };
  const filter = actionMap?.[currentFile?.uid] || {};
  return (
    <div>
      <Form
        initialValues={!isEmpty(toJS(filter)) ? filter : DEFAULT_VALUE}
        onValuesChange={handleValueChange}
        form={form}
      >
        <Form.Item name="grayscale" label="灰度">
          <Slider min={0} max={100} />
        </Form.Item>
        <Form.Item name="blur" label="模糊">
          <Slider min={0} max={100} />
        </Form.Item>
        <Form.Item name="contrast" label="对比度">
          <Slider min={0} max={200} />
        </Form.Item>
        <Form.Item name="hue-rotate" label="色相旋转">
          <Slider min={0} max={360} />
        </Form.Item>
        <Form.Item name="invert" label="反转颜色">
          <Slider min={0} max={100} />
        </Form.Item>
        <Form.Item name="saturate" label="饱和度">
          <Slider min={0} max={200} />
        </Form.Item>
        <Form.Item name="brightness" label="亮度">
          <Slider min={0} max={200} />
        </Form.Item>
      </Form>
    </div>
  );
};

export default observer(Filter);

在调整了各个滤镜参数的时候，预览区的效果应该即时变更，整个流程走向大致可以用下面的图来概括：

在Preview组件中使用一个hook来处理数据的变更：

js 复制代码

  useFilter({
    displayCanvas,
    memoryCanvas,
    currentImg: currentImg.current,
    filters: fileStore.actionMap[file.uid] || {},
  });

这边注意任何数据的变更我们都需要同时对两个canvas进行操作，才能保证后续的功能无误。Hook中会调用具体的DoAction操作，这个useFilter对应的就是doFilter，在这个doFilter中就是真正对canvas应用滤镜效果。

js 复制代码

const doFilter = (canvas, filters, img) => {
  const context = canvas.getContext("2d");
  const transfer = [];
  Object.keys(filters).forEach((key) => {
    if (
      ["grayscale", "invert", "saturate", "brightness", "contrast"].includes(
        key
      )
    ) {
      transfer.push(`${key}(${filters[key]}%)`);
    } else if (key === "blur") {
      transfer.push(`${key}(${filters[key]}px)`);
    } else if (key === "hue-rotate") {
      transfer.push(`${key}(${filters[key]}deg)`);
    }
  });
  context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
  context.filter = transfer.join(" ");
  context.drawImage(img, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
};

export default doFilter;

保存变更

调整好自己想要的参数之后就可以把这个变更保存下来，这里的实现逻辑其实就是把上面抽象好的方法拼凑起来。

当触发保存之后：

创建一个离屏canvas（在内存中的canvas）

js 复制代码

const loadMemoryCanvas = (file) => {
return new Promise((resolve) => {
  const reader = new FileReader();
  reader.readAsDataURL(file);
  reader.onload = (readerEvent) => {
    const url = readerEvent.target.result;
    const image = new Image();
    image.src = url;
    image.onload = () => {
      const originalWidth = image.width;
      const originalHeight = image.height;
      const canvas = document.createElement("canvas");
      const context = canvas.getContext("2d");
      canvas.width = originalWidth;
      canvas.height = originalHeight;
      context.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
      context.drawImage(image, 0, 0, originalWidth, originalHeight);
      resolve({
        canvas,
        image,
      });
    };
  };
});
};

export default loadMemoryCanvas;

把操作应用到这个canvas上

js 复制代码

  const { canvas, image } = await loadMemoryCanvas(file);
  if (action) {
    if (action.type === ACTION_TYPE.FILTER) {
      doFilter(canvas, action, image);
    }
  }

canvas转成一个File对象

js 复制代码

canvas.toBlob((blob) => {
   const newFile = new File([blob], file.name, {
     type: file.type,
   });
   newFile.uid = file.uid;
   resolve(newFile);
 });

替换掉Mobx里面的信息

js 复制代码

updateFile = async (uid) => {
  const file = this.files.find((file) => file.uid === uid);
  const newFile = await applyAction(file, this.actionMap[uid]);
  runInAction(() => {
    if (uid === newFile.uid) {
      this.currentFile = newFile;
    }
    const list = toJS(this.files);
    const index = list.findIndex((file) => file.uid === uid);
    list[index] = newFile;
    this.files = list;
    this.actionMap[uid] = {};
  });
};

下载

下载的时候使用URL.createObjectURL把File对象转成一个链接，然后使用a标签进行下载，这里需要注意的是下载完之后要把这个链接销毁，不然会造成内存泄漏。

js 复制代码

import moment from "moment";
const getFileExtension = (fileName) => {
  return fileName.slice(((fileName.lastIndexOf(".") - 1) >>> 0) + 2);
};
const generateName = () => {
  return moment().format("YYYYMMDDHHmmss");
};
const download = async (file) => {
  const downloadLink = document.createElement("a");
  downloadLink.href = URL.createObjectURL(file);
  downloadLink.download = `${generateName()}.${getFileExtension(file.name)}`;
  downloadLink.click();
  URL.revokeObjectURL(downloadLink.href);
};

export default download;

最后

本文到这里就结束了，但是我们的图像编辑器之旅才刚刚开始，后续我会介绍更多对图像的操作，感兴趣的同学可以点点关注点点赞～欢迎评论区或者私信交流～