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CSS `Neural Style Transfer` 在 `backdrop-filter` 中的实时应用

各位观众老爷们，晚上好！今天咱来聊聊 CSS 里的“美颜相机”—— backdrop-filter，再给它加点黑科技，搞个“神经风格迁移”的实时特效！

这年头，谁还不会P个图、磨个皮？但P图软件用多了，总觉得少了点仪式感。今天咱用 CSS 和 JavaScript，让你在浏览器里也能玩转“艺术范儿”的实时美颜！

什么是 backdrop-filter？

简单来说，backdrop-filter 就是给元素背后的区域加一层滤镜。你可以把它想象成一块半透明的毛玻璃，透过这块玻璃看东西，会变得模糊、色彩会改变，甚至还能出现一些奇奇怪怪的视觉效果。

举个例子，咱们先来个最简单的模糊效果：

.glass-effect {
  background-color: rgba(255, 255, 255, 0.5); /* 半透明白色背景 */
  backdrop-filter: blur(10px); /* 高斯模糊，半径10像素 */
}

这段代码的意思是，给 .glass-effect 这个元素设置一个半透明的白色背景，然后给它背后的区域应用一个半径为 10 像素的高斯模糊。效果就像一块磨砂玻璃一样。

backdrop-filter 支持的滤镜可多了，比如：

滤镜函数 描述
blur() 高斯模糊
brightness() 调整亮度
contrast() 调整对比度
grayscale() 转换为灰度图像
hue-rotate() 调整色相
invert() 反转颜色
opacity() 调整透明度
saturate() 调整饱和度
sepia() 转换为棕褐色
url() 应用 SVG 滤镜，这个功能很强大，可以实现各种自定义效果，稍后我们会用到它。

什么是“神经风格迁移”？

“神经风格迁移”听起来高大上，其实就是把一张图片的风格应用到另一张图片上。 比如，把梵高的《星空》的风格应用到你自己的照片上，让你瞬间变成印象派大师。

实现神经风格迁移，通常需要用到深度学习模型。但咱今天不搞那么复杂，用一个更轻量级的方法—— SVG 滤镜矩阵。

SVG 滤镜矩阵是个啥？

SVG 滤镜提供了一种通过矩阵变换颜色值的机制。 简单来说，我们可以通过一个 5×5 的矩阵，对每个像素的颜色值进行线性变换。 这个矩阵可以控制颜色的亮度、对比度、饱和度，甚至可以实现复杂的颜色映射。

一个典型的颜色矩阵看起来像这样：

[
  r1, r2, r3, r4, r5,
  g1, g2, g3, g4, g5,
  b1, b2, b3, b4, b5,
  a1, a2, a3, a4, a5
]

其中：

  • r1 到 r4 用于调整红色分量。
  • g1 到 g4 用于调整绿色分量。
  • b1 到 b4 用于调整蓝色分量。
  • a1 到 a4 用于调整 Alpha (透明度) 分量。
  • r5, g5, b5, a5 是颜色值的偏移量。

这些矩阵的具体数值，决定了最终的颜色效果。 我们可以通过调整这些数值，来模拟不同的艺术风格。

实战：用 backdrop-filter 和 SVG 滤镜实现风格迁移

接下来，咱们来写代码，实现一个简单的神经风格迁移效果。

1. HTML 结构

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Neural Style Transfer with Backdrop Filter</title>
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
  <div class="container">
    <video id="webcam" autoplay muted></video>
    <div class="overlay">
      <div class="style-preview"></div>
    </div>
  </div>

  <div class="controls">
      <button id="style1">Style 1</button>
      <button id="style2">Style 2</button>
      <button id="style3">Style 3</button>
  </div>

  <svg>
    <filter id="style-filter-1">
      <feColorMatrix type="matrix" values="..."></feColorMatrix>
    </filter>
    <filter id="style-filter-2">
      <feColorMatrix type="matrix" values="..."></feColorMatrix>
    </filter>
    <filter id="style-filter-3">
      <feColorMatrix type="matrix" values="..."></feColorMatrix>
    </filter>
  </svg>

  <script src="script.js"></script>
</body>
</html>
  • container: 包含视频和叠加层。
  • webcam: 用于显示摄像头画面的 <video> 元素。
  • overlay: 用于应用 backdrop-filter 的叠加层。
  • style-preview: 在叠加层中显示风格效果的预览。
  • controls: 包含风格选择按钮。
  • <svg>: 包含 SVG 滤镜定义。 重要的是要把它放在body里，但可以设置display: none;隐藏它。

2. CSS 样式

body {
  font-family: sans-serif;
  display: flex;
  flex-direction: column;
  align-items: center;
  justify-content: center;
  min-height: 100vh;
  background-color: #f0f0f0;
}

.container {
  position: relative;
  width: 640px;
  height: 480px;
  border: 1px solid #ccc;
  overflow: hidden; /* 防止backdrop-filter溢出 */
}

video {
  width: 100%;
  height: 100%;
  object-fit: cover;
}

.overlay {
  position: absolute;
  top: 0;
  left: 0;
  width: 100%;
  height: 100%;
  background-color: rgba(0, 0, 0, 0.0); /* 半透明黑色，增强效果 */
  backdrop-filter: url(#style-filter-1); /* 默认应用第一个风格 */
}

.style-preview {
  position: absolute;
  top: 10px;
  right: 10px;
  width: 50px;
  height: 50px;
  border: 1px solid #fff;
  background-color: rgba(255, 255, 255, 0.2);
  /* 这里可以添加一些样式，让风格预览更明显 */
}

.controls {
  margin-top: 20px;
}

button {
  padding: 10px 20px;
  margin: 0 10px;
  background-color: #4CAF50;
  color: white;
  border: none;
  cursor: pointer;
}

svg {
  width: 0;
  height: 0;
  visibility: hidden;
}
  • container 设置了视频和叠加层的容器，overflow: hidden 防止 backdrop-filter 溢出。
  • overlay 是关键，它应用了 backdrop-filter，并引用了 SVG 滤镜。
  • style-preview 用于显示风格效果的预览。
  • svg 隐藏了 SVG 元素，但其中的滤镜定义仍然有效。

3. JavaScript 代码

const webcam = document.getElementById('webcam');
const overlay = document.querySelector('.overlay');
const style1Button = document.getElementById('style1');
const style2Button = document.getElementById('style2');
const style3Button = document.getElementById('style3');

async function enableWebcam() {
  try {
    const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({ video: true, audio: false });
    webcam.srcObject = stream;
  } catch (error) {
    console.error("Error accessing webcam:", error);
  }
}

enableWebcam();

style1Button.addEventListener('click', () => {
  overlay.style.backdropFilter = 'url(#style-filter-1)';
});

style2Button.addEventListener('click', () => {
  overlay.style.backdropFilter = 'url(#style-filter-2)';
});

style3Button.addEventListener('click', () => {
  overlay.style.backdropFilter = 'url(#style-filter-3)';
});
  • enableWebcam() 函数用于获取摄像头权限，并将摄像头画面显示在 <video> 元素中。
  • 按钮的点击事件，用于切换不同的 SVG 滤镜。

4. SVG 滤镜定义

这是最核心的部分。我们需要定义几个 SVG 滤镜，每个滤镜对应一种艺术风格。

<svg>
  <filter id="style-filter-1">
    <feColorMatrix type="matrix" values="
      0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
      0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
      0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
      0, 0, 0, 1, 0
    "></feColorMatrix>
  </filter>
  <filter id="style-filter-2">
    <feColorMatrix type="matrix" values="
      1, 0, 0, 0, 0,
      0, 1, 0, 0, 0,
      0, 0, 1, 0, 0,
      0, 0, 0, 1, 0
    "></feColorMatrix>
    <feComponentTransfer>
      <feFuncR type="table" tableValues="0 0.2 0.4 0.6 0.8 1"/>
      <feFuncG type="table" tableValues="0 0.2 0.4 0.6 0.8 1"/>
      <feFuncB type="table" tableValues="0 0.2 0.4 0.6 0.8 1"/>
    </feComponentTransfer>
  </filter>
  <filter id="style-filter-3">
    <feColorMatrix type="matrix" values="
      0.393, 0.769, 0.189, 0, 0,
      0.349, 0.686, 0.168, 0, 0,
      0.272, 0.534, 0.131, 0, 0,
      0, 0, 0, 1, 0
    "></feColorMatrix>
  </filter>
</svg>
  • style-filter-1: 一个简单的灰度滤镜。
  • style-filter-2: 一个稍微复杂点的颜色映射滤镜，使用了 <feComponentTransfer> 元素来调整颜色值。
  • style-filter-3: 一个棕褐色滤镜。

解释几个关键的 SVG 滤镜元素:

  • <feColorMatrix>: 这是颜色矩阵滤镜的核心元素。 type="matrix" 表示使用矩阵变换。 values 属性定义了 5×5 的颜色矩阵。
  • <feComponentTransfer>: 这个元素允许你对颜色的每个分量 (R, G, B, A) 进行单独的转换。 type="table" 表示使用查找表进行转换。 tableValues 属性定义了查找表的值。

如何调整颜色矩阵？

调整颜色矩阵是一个需要耐心和经验的过程。 你可以参考一些现有的颜色矩阵，或者自己尝试调整不同的数值，看看会产生什么效果。 网上有很多关于颜色矩阵的资料，可以帮助你理解不同数值的作用。

例如，要增加红色分量，可以增加矩阵中 r1 的值。 要降低蓝色分量，可以降低矩阵中 b3 的值。 要增加整体亮度，可以增加 r5, g5, b5 的值。

风格预览

为了让用户更直观地了解风格效果，我们可以在叠加层中添加一个风格预览。 这个预览可以使用与 backdrop-filter 相同的 SVG 滤镜。

.style-preview {
  /* ... */
  background-image: url('data:image/jpeg;base64,...'); /*  替换为你的图片 */
  filter: url(#style-filter-1); /* 应用与 backdrop-filter 相同的滤镜 */
}

优化和改进

  • 性能优化: backdrop-filter 可能会影响性能，尤其是在移动设备上。 可以尝试减少滤镜的复杂度，或者使用 will-change 属性来提示浏览器进行优化。
  • 更复杂的滤镜: 可以使用更复杂的 SVG 滤镜，例如模糊、阴影、光照等，来创建更丰富的艺术效果。
  • 动态调整: 可以添加一些 UI 元素，让用户可以动态调整颜色矩阵的值，从而实现更个性化的风格迁移效果。
  • 深度学习: 如果想要实现更逼真的神经风格迁移效果，需要使用深度学习模型。 可以使用 TensorFlow.js 或其他 JavaScript 深度学习库，在浏览器中运行模型。

完整的代码示例

为了方便大家理解，我把完整的代码示例放在一起：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Neural Style Transfer with Backdrop Filter</title>
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
  <style>
    body {
      font-family: sans-serif;
      display: flex;
      flex-direction: column;
      align-items: center;
      justify-content: center;
      min-height: 100vh;
      background-color: #f0f0f0;
    }

    .container {
      position: relative;
      width: 640px;
      height: 480px;
      border: 1px solid #ccc;
      overflow: hidden; /* 防止backdrop-filter溢出 */
    }

    video {
      width: 100%;
      height: 100%;
      object-fit: cover;
    }

    .overlay {
      position: absolute;
      top: 0;
      left: 0;
      width: 100%;
      height: 100%;
      background-color: rgba(0, 0, 0, 0.0); /* 半透明黑色，增强效果 */
      backdrop-filter: url(#style-filter-1); /* 默认应用第一个风格 */
    }

    .style-preview {
      position: absolute;
      top: 10px;
      right: 10px;
      width: 50px;
      height: 50px;
      border: 1px solid #fff;
      background-color: rgba(255, 255, 255, 0.2);
      /* 这里可以添加一些样式，让风格预览更明显 */
    }

    .controls {
      margin-top: 20px;
    }

    button {
      padding: 10px 20px;
      margin: 0 10px;
      background-color: #4CAF50;
      color: white;
      border: none;
      cursor: pointer;
    }

    svg {
      width: 0;
      height: 0;
      visibility: hidden;
    }
  </style>
</head>
<body>
  <div class="container">
    <video id="webcam" autoplay muted></video>
    <div class="overlay">
      <div class="style-preview"></div>
    </div>
  </div>

  <div class="controls">
      <button id="style1">Style 1</button>
      <button id="style2">Style 2</button>
      <button id="style3">Style 3</button>
  </div>

  <svg>
    <filter id="style-filter-1">
      <feColorMatrix type="matrix" values="
        0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
        0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
        0.2126, 0.7152, 0.0722, 0, 0,
        0, 0, 0, 1, 0
      "></feColorMatrix>
    </filter>
    <filter id="style-filter-2">
      <feColorMatrix type="matrix" values="
        1, 0, 0, 0, 0,
        0, 1, 0, 0, 0,
        0, 0, 1, 0, 0,
        0, 0, 0, 1, 0
      "></feColorMatrix>
      <feComponentTransfer>
        <feFuncR type="table" tableValues="0 0.2 0.4 0.6 0.8 1"/>
        <feFuncG type="table" tableValues="0 0.2 0.4 0.6 0.8 1"/>
        <feFuncB type="table" tableValues="0 0.2 0.4 0.6 0.8 1"/>
      </feComponentTransfer>
    </filter>
    <filter id="style-filter-3">
      <feColorMatrix type="matrix" values="
        0.393, 0.769, 0.189, 0, 0,
        0.349, 0.686, 0.168, 0, 0,
        0.272, 0.534, 0.131, 0, 0,
        0, 0, 0, 1, 0
      "></feColorMatrix>
    </filter>
  </svg>

  <script>
    const webcam = document.getElementById('webcam');
    const overlay = document.querySelector('.overlay');
    const style1Button = document.getElementById('style1');
    const style2Button = document.getElementById('style2');
    const style3Button = document.getElementById('style3');

    async function enableWebcam() {
      try {
        const stream = await navigator.mediaDevices.getUserMedia({ video: true, audio: false });
        webcam.srcObject = stream;
      } catch (error) {
        console.error("Error accessing webcam:", error);
      }
    }

    enableWebcam();

    style1Button.addEventListener('click', () => {
      overlay.style.backdropFilter = 'url(#style-filter-1)';
    });

    style2Button.addEventListener('click', () => {
      overlay.style.backdropFilter = 'url(#style-filter-2)';
    });

    style3Button.addEventListener('click', () => {
      overlay.style.backdropFilter = 'url(#style-filter-3)';
    });
  </script>
</body>
</html>

总结

今天咱聊了 backdrop-filter 的基本用法，以及如何用 SVG 滤镜来实现简单的神经风格迁移效果。 虽然这个例子比较简单，但它展示了 backdrop-filter 和 SVG 滤镜的强大潜力。 只要你脑洞够大，就能创造出各种各样的酷炫特效！

希望今天的分享对大家有所帮助。 咱们下回再见！

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