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对Photoshop第三方滤镜插件开发的简介

高洛峰

Feb 20, 2017 am 09:02 AM

photoshop

       Photoshop是数字图像处理领域内的杰出软件。同时，它也允许第三方以插件（Plugin) 的形式扩展其功能。Photoshop的插件目前一共可分为以下九种：自动化（批处理）（出现在‘自动’子菜单下），颜色拾取，导入，导出（出现在‘导入’‘导出’子菜单下），扩展，滤镜，文件格式（出现在打开，存储为），解析（与导出导出功能），选取（出现在‘选择’菜单下）。这里我们以最为用户熟悉的滤镜为例讲解。
（一）插件的通用部分介绍：
        调用插件的主程序我们成为宿主，在大多数情况下就是Photoshop（以下简称PS），一个插件实际上在windows系统下是一个动态链接库（只是具有不同扩展名）。PS使用LoadLibray加载插件模块。当用户采取相应操作时，将引起一系列ps对插件模块的调用。所有的这些调用都是调用同一个入口点。该入口点是这样一个函数，定义如下：（由于PS采取对windows和苹果机兼容，这里我们只给出在windows系统上的定义）

void ENTRYPOINT (
         short selector,
         void* pluginParamBlock,
         long* pluginData,
         short* result);

selector：
      操作类型指示符。当seletor=0时，它对所有类型的插件都具有相同的意义，即要求显示一个关于对话框。其他值，则根据插件类型而意义有所不同。

pluginParamBlock：
      这是一个指向一个很大结构的指针，这个结构用于在宿主和插件之间传递信息和数据。对于不同类型插件，它具有不同结构。

pluginData：
       一个指向int32类型的指针。它是为PS为插件在多次调用期间保存的一个值。它的一个标准用法是插件可把一些全局数据的指针交给该参数保存，

result：
       一个指向int16的指针，每次插件被调用它必须设置result。返回0表示插件代码中没有发生错误。当发生错误时，这个值返回一个错误码。有关错误码，ps为不同类型的插件分别划分了错误码的范围，并在SDK中预定义了一些值。

关于对话框：
所有插件应该响应about调用。插件可以显示一个自定义的对话框。但是为了保持一致性，应该遵守下面的约定：
（1）显示在主屏幕的水平居中，垂直1/3高度处。
（2）不需要包含一个OK按钮，而是响应在任意位置的点击以及回车键。

（二）滤镜插件的介绍
滤镜插件的作用是，针对图像的选择区域做出修改。滤镜行为从调节饱和度，亮度，到对图像的滤波等等。滤镜在windows下的扩展名是“.8BF”。
下图显示了PS和滤镜插件之间的调用序列，非常重要，这是在SDK文档中的一个图片，对每一个类型的插件都有这样一幅图，这里显示的是滤镜插件的调用序列。
               对Photoshop第三方滤镜插件开发的简介

滤镜可以使用滤镜菜单进行调用，即最上面的调用起始点。在调用一次以后，Photoshop将把最近一次滤镜操作放到滤镜菜单的“最近一次滤镜”子菜单上，以后点击该菜单则对应上图中的“最近一次滤镜命令”。下面我们将简要介绍上图流程。首先我们看一个滤镜的入口点函数的“模板”：

EntryPoint Of Plugin :PlugInMain

注意，上面这个函数就是我们的滤镜的最重要的一个函数，因为这个函数是提供给PS调用的，我们可以看到这个函数声明为了一个Dll导出函数。从调用序列可以看到，这个机制使得这个函数的作用和窗口的窗口过程非常类似。窗口过程用于根据MSG ID处理消息，而这个函数主要用于根据selector做相应操作。因此他们都是有包含一个switch-case分支处理结构。

filterRecord
上面这个函数中用到的第二个参数，当属于about调用时（即selector=0）它是一个指向AboutRecord结构的指针，当非about调用时，他是一个指向FilterRecord结构的指针，FilterRecord结构是一个非常庞大复杂的结构，它是ps和滤镜之间用于沟通和传递数据的关键载体，它的sizeof=452个字节，大约包含100多个成员，在文档中一共有7页用于介绍该结构的成员含义。FilterRecord的完整定义位于头文件：sdk中的pifilter.h。下面我将在提到时再去讲解它最基本和最重要的一些成员。

（三）调用流程简介。

（3.1）filterSelectorParameters调用：
如果滤镜有一些参数需要用户设置，那么它应该把参数保存到一个位置。然后把该地址设置到第三个参数data。PS将把这个参数初始化为NULL。这个调用是否发生取决于用户的调用方式，当一个滤镜刚刚调用后，这个滤镜将出现在滤镜的最近一次命令菜单，用户可以以此菜单以相同参数（这时不会显示对话框要求用户设置新的参数）再次调用。当用户使用最后一次滤镜命令调用时，该调用不会发生。（参加上图）。因此，如果错误的参数可能产生使程序崩溃的危险时，应该每一次都检查，验证，然后初始化参数。
      注意！：因为对对不同大小的图像可以用同样的参数，所以参数不应该依赖图像大小。例如，某个参数不应该取决于图像宽度或者高度，通常应该用一个百分比或者比例系数作为参数比较合适。
      所以，你的参数数据块应该包含以下信息：
       1. 一个签名，这样滤镜可以快速的确认这是属于它的参数数据。
       2.一个版本号，这样插件可以自由升级而无需改变签名。
       3.字节序标识。（为了跨平台）指示当前使用的是什么字节序。

      Parameter block （参数数据块）和scripting system （脚本描述系统）
      脚本描述系统用于缓存我们的参数，在每种调用类型都会把它传递给插件，因此可以使用它存储你的所有参数。一旦你的Parameter block通过验证，你都应该从传递的参数读取数据，然后更新你的参数。例如：
       1.首先调用ValidateMyParameters验证或者初始化你的全局参数。
       2.然后调用ReadScriptingParameters方法读取参数，并写入你的全局参数数据结构。

（3.2）filterSelectorPrepare调用：
        该调用允许你的插件模块调节ps的内存分配算法。“最近一次滤镜”命令将从这个调用开始。PS将maxSpace（这是属于FilterRecord结构（第二个参数）的成员，此后出现的新成员将不再做特殊说明）设置为他能为插件分配的最大字节数。
         imageSize, planes 以及 filterRect 成员：
         这几个成员现在（指sdk 6.0）已经定义，可以用于计算你的内存需求量。imageSize，图像尺寸。planes，通道数。
         filterRect：滤镜矩形。
         这里我再强调一下这个filterRect，它是PS定义的Rect类型（和windows api的RECT结构类似）。这个概念也就是我在《置换滤镜原理》的研究一贴中提到的和反复强调的“选区外接矩形”的概念，在当时我还没有接触到ps sdk。这里我们看到，在Photoshop的代码中，它被称为filterRect。
         bufferSpace：
         如果滤镜想分配超过32K的空间，那么应该设置这个成员为你想申请的字节数。ps会尝试在下一个调用（start调用）前释放这样大小的空间，以保证你的下次调用成功。

（3.3）filterSelectorStart调用：
          该调用中，应该验证参数数据块，根据ps传递来的参数，去更新你自己参数，如果需要显示你的UI。然后进入你的数据处理流程。
          advanceState 回调：（用于请求PS更新相应的数据）
          这是一个PS提供给滤镜的非常重要的回调函数，它的定义如下：
           #define MACPASCAL
           typedef short OSErr;
           typedef MACPASCAL OSErr (*AdvanceStateProc) (void);
          他的作用是要求PS立即更新FilterRecord中的过时数据。例如我们可以设置我们新的处理矩形，然后调用该函数，就可以在此调用后得到我们需要的新的数据。如果你使用这个回调，那么你的核心处理可以全部在start调用中完成，而无需使用continue调用。当处理完成后，可以设inRect=outRect=maskRect=NULL.
如果你不使用这个回调，那么你应该设置第一个矩形区域，然后使用continue调用循环处理。
        例如我们可以在start调用是使用下面的循环来贴片处理图像，直到整个图像处理结束。

advanceState回调示例

         inRect, outRect & maskRect
         设置inRect 和 outRect （当使用选区蒙版时设置maskRect），以请求第一个处理区域。如果可能，你应该把图片切成小片，这样可以减少传递数据时的内存需求量。使用 64x64 或者128x128 的贴片是一个比较习惯性的做法。

（3.4）filterSelectorContinue调用：
        当inRect, outRect, maskRect之中的任一个不是空矩形时，该调用会持续发生。
         inData, outData & maskData
         这三个成员都是void *指针，指向你请求的图像数据起始点，我们最主要的工作就是计算，然后设置这里的数据，在调用时，inData和outData会根据你请求的矩形区域被相应位置的图像数据填充，然后你的处理任务主要是修改outData数据区，告诉PS你的处理结果，PS会把结果更新到图像。注意，你不需要考虑传递进来的选区和选区形状，因为这个工作PS会自动保护选区外的数据，你只需要关注你自己的算法即可。处理结束后，设置下一次处理的inRect，outRect。如果结束了，那么把它们置空即可。注意，inRect不一定和outRect是一样的。
         progressProc 回调：（用于设置PS进度条）
         它的类型定义为：
         typedef MACPASCAL void (*ProgressProc) (int32 done, int32 total);
         这是PS提供的用于设置进度条的回调函数，插件可以使用这个回调让PS更新下面的进度条，它接收两个参数，一个是已经完成的任务数，一个是总任务数。当你需要想用户反馈你的处理进度，则可以这样设置进度：
         gFilterRecord->progressProc ( progress_complete,   progress_total );

         abortProc 回调：（用于向宿主查询用户是否采取了取消行为）
         其类型定义为：
         typedef Boolean (*TestAbortProc) (void);
         这个回调用于查询用户是否取消了操作，在一个消耗时间较长的处理中，插件应该每秒钟调用几次这个函数，确认用户是否做了取消（例如按下Esc键等）。如果返回TRUE说明当前的操作应该取消，并且返回一个正的错误码。

（3.5）filterSelectorFinish调用：
        该调用允许插件在处理结束后做清理工作。当并且仅当start调用成功（没有返回错误）时，finish才会被调用。即使continue中发生错误，finish调用依然会发生。
        注意！：小心处理用户在continue调用期间取消的行为，通常这时候你在期待下一次continue调用。如果用户取消，下一次调用将是finish调用，而不是continue！！！。
        规则：如果start调用成功，Photoshop保证将会发起Finish调用。

（3.6）错误码
        插件可以返回标准的操作系统错误码，或者报告它自己的错误（正整数）。在sdk中有定义：
       #define filterBadParameters –30100 //
       #define filterBadMode –30101 // 不支持该模式图片

（四）雨滴滤镜的DEMO
         前面我们主要讲述了一个滤镜的基础知识。然后这还是仅仅提取了最重要的部分讲解的，更多的技术细节限于篇幅无法估计。上文的主要基础是PS SDK6.0的文档，其中的主要规则属于对原文的翻译，有少量内容属于我个人的实践和理解（我将在有时间的时候把属于个人理解的用颜色区分注明）。
         现在我们才开始进入demo的讲解！！！真的很累。。。。
         雨滴滤镜的算法主要参考了国外的一个网址，这是一个网友给我的另一篇文章的回复中报告给我的地址。这个滤镜的起源是球形化算法（在PS中有此内置滤镜）。算法我们不做介绍了，因为它虽然是滤镜的核心，但不是本文重点。我们给出在此基础上水滴效果的伪码：

          ---水滴效果--------------------
          随机产生一个位置cx,cy，随机产生一个半径R，
          在cx,cy处以R为半径做球形化扭曲。
          在该位置处加上水滴的高光和阴影。
          对水滴内部做一个3*3模板的高斯模糊。
         ----------------------------------

（4.1）像素定位
         重复上述过程，将产生多个水滴。这就是这个滤镜的核心算法。具体公式不给出了。但是为了处理数据，我们必须了解如何在PS传递来的数据中定位一个像素数据，例如我们想获得原图上(x,y）位置上R通道的像素数据，我们如何拿到呢？这里还要介绍FilterRecord中和像素定位相关的重要数据成员，
         int32 inRowBytes ，outRowBytes, maskRowBytes,
         这是相应的inData，outData，maskData中的扫描行宽度，都是int32类型，属于PS提供给插件的数据。在c#中相当于BitmapData.Stride。但是注意的是，在inData和outData中，数据未必是按照4byte对齐的！但是ps也没有说行尾就没有任何冗余字节。总之，它是一行图像数据在内存中的占据的字节数量（跨度）。
          int16 inLoPlane, inHiPlane, outLoPlane, outHiPlane,
          属于插件像PS请求时通知给PS的数据，值得是下一个处理中请求的第一个通道和最后一个通道值，注意这个值是以0为base的索引值。例如对于RGB图像来讲，有三个通道，0到2分别对应B，G，R（注意这里保持文件中顺序，而不是PS中的习惯的RGB顺序！！！）。我们可以一次请求一个通道，也可以一次请求多个通道，多个通道的数据将会依次交叉排布（interleave）。例如，如果我们设置inLoPlane=0,inHiPlane=2，则PS提供给我们的inData数据排列是：
          [B G R] [B G R] ... ....
          如果我们把inLoPlane=inHiPlane=1，则PS提供给我们的inData是：
          [G] [G] ......

          好了有了上面的几个关键成员讲解，我们可以看到我们如何定位一个像素，其方式如下：
         首先我们请求的通道数量设为planes：则：
          planes=inHiPlane-inLoPlane+1; //通道数量
          uint8 *pixels=(uint8*)inData;
          我们取到（x，y）位置的索引为k的通道数据表达式如下：
          pixels [ y * inRowBytes + x * planes + k ];
          或者
          *(pixels + y * inRowBytes + x * planes + k);

          例如，我们请求了一副图片的RGB三个通道（inLoPlane=0,inHiPlane=2），为简便，inRect设置为整个图片大小，则位于（x，y）位置的像素数据如下：

           pixels [ y * inRowBytes + x * 3 ];          // p(x,y).B
           pixels [ y * inRowBytes + x * 3 + 1 ];    // p(x,y).G
           pixels [ y * inRowBytes + x * 3 + 2 ];    // p(x,y).R

         好了，有了上面的基础，我们可以看下面的高斯3*3模板处理，高斯3*3模板如下：
         1 2 1
         2 4 2 /16
         1 2 1
         我们使用上面的像素定位方式，可以很容易写出下面的循环处理中的内容：

高斯模糊（3*3模板）

（五）结束语：
      最后，让我们看一下滤镜使用中的效果截图：在PS启动时，它将扫描各插件目录下的插件，并加载到相应菜单。
       对Photoshop第三方滤镜插件开发的简介
       处理结果：

       最后是这个滤镜的一个压缩包的下载链接：
       RainDropFilter.rar
       安装方法是，将文件解压，放到Photoshop的滤镜安装目录即可，例如对于Photoshop CS，它的滤镜安装目录可能形如：
       “C:\Program Files\Adobe\Photoshop CS\增效工具\滤镜\”
       有关PS SDK，可以从Adobe官方获取，目前是否是免费的我不清楚了。。。。。

（六）参考资料：
（1）Photoshop SDK 6.0。
（2）Photoshop SDK CS。
（3）（雨滴滤镜的算法）Filter: Raindrops ：http://www.php.cn/

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附录：Adobe SDK的声明！
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