作者:Mattt,原文链接,原文日期:2018-10-01 译者:saitjr;校对:冬瓜,Yousanflics;定稿:Forelax
Dark Mode(深色模式)可谓是 macOS 最受欢迎的特性之一了 —— 尤其是对于你我这样的开发者来说。我们不仅喜欢文本编辑器是暗色的主题,还很看中整个系统色调的一致性。
过去几年,和这个特性旗鼓相当的要数 Night Shift(夜览),它主要是在日夜更替的时候减少对眼睛的劳损。
纵观这两个功能,Dynamic Desktop(动态桌面)也就呼之欲出了,当然这也是 Mojave 的新特性之一。进入“系统偏好设置 > 桌面与屏幕保护程序” 并且选择“动态”,就能得到一个基于地理位置且全天候动态变化的壁纸。
效果不仅微妙,而且让人愉悦。桌面仿佛被赋予了生命,能随着时间的推移而变化;符合自然规律。(不出意外的话,结合 dark mode 的切换,还会有讨喜的特效)
这到底是如何实现的呢?
这便是本周 NSHipster 讨论的问题。
答案会深入探究图片格式,同时涉及一些逆向工程以及球面三角学相关的内容。
理解 Dynamic Desktop 第一步,就是要找到这些动态图片。
在 macOS Mojave 系统下,打开访达,选择“前往 > 前往文件夹...” (⇧⌘G),输入“/Library/Desktop Pictures/”。
在这个目录下,可以找到名为“Mojave.heic”的文件。双击通过预览打开。
在预览中,左边栏会显示从 1~16 的缩略图,每张都是不同状态的沙漠图。
如果选择“工具 > 显示检查器”(⌘I),可以看到更为详细的信息,如下图所示:
不幸的是,这些就是预览所展示的全部信息了(截至发稿前)。即使点击旁边的“更多信息检查器”,我们也只是能得到下面这个表格,其余的无从得知:
Color Model | RGB |
---|---|
Depth: | 8 |
Pixel Height | 2,880 |
Pixel Width | 5,120 |
Profile Name | Display P3 |
后缀
.heic
表示图片容器采用 HFIF(High-Efficiency Image File Format)编码,即高效率图档格式(这种格式基于 HEVC(High-Efficiency Video Compression),即高效率视频压缩,也就是 H.265)。更多信息,可以参考 WWDC 2017 Session 503 "Introducing HEIF and HEVC"
想要获得更多的数据,我们还需要脚踏实地,真真切切的深入底层 API。
利用 CoreGraphics 一探究竟
第一步先创建 Xcode Playground。简单起见,我们将“Mojave.heic”文件路径硬编码到代码中。
import Foundation
import CoreGraphics
// 系统版本要求 macOS 10.14 Mojave
let url = URL(fileURLWithPath: "/Library/Desktop Pictures/Mojave.heic")
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然后,创建 CGImageSource
,拷贝元数据并遍历全部标签:
let source = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, nil)!
let metadata = CGImageSourceCopyMetadataAtIndex(source, 0, nil)!
let tags = CGImageMetadataCopyTags(metadata) as! [CGImageMetadataTag]
for tag in tags {
guard let name = CGImageMetadataTagCopyName(tag),
let value = CGImageMetadataTagCopyValue(tag)
else {
continue
}
print(name, value)
}
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运行这段代码,会得到两个值:一个是 hasXMP
,值为 "True"
,另一个是 solar
,它的值是一串看不大懂的数据: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太阳之光
大多数人看到这串文字,就会默默合上 MacBook Pro,大呼告辞。但一定有人发现,这串文字非常像 Base64 编码 的杰作。
让我们来验证一下这个假设:
if name == "solar" {
let data = Data(base64Encoded: value)!
print(String(data: data, encoding: .ascii))
}
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bplist00Ò\u{01}\u{02}\u{03}...
这又是什么?bplist
后面接了一串乱码?
利用 PropertyListSerialization
来看看呢...
if name == "solar" {
let data = Data(base64Encoded: value)!
let propertyList = try PropertyListSerialization
.propertyList(from: data,
options: [],
format: nil)
print(propertyList)
}
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(
ap = {
d = 15;
l = 0;
};
si = (
{
a = "-0.3427528387535028";
i = 0;
z = "270.9334057827345";
},
...
{
a = "-38.04743388682423";
i = 15;
z = "53.50908581251309";
}
)
)
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清晰多了!
首先有两个一级键:
ap
键对应的值是包含 d
和 l
两个键的字典,它们的值都是整型。
si
键对应的值是包含多个字典的数组,字典中有整型,也有浮点型的值。在嵌套的字典中,i
最容易理解:它从 0 一直递增到 15,这表示的是图片序列的下标。在没有更多信息的情况下,很难猜测 a
与 z
的含义,其实它们表示相应图片中太阳的高度(a
)和方位角(z
)。
计算太阳的位置
就在我落笔之时,身处北半球的人正在进入秋季,白昼变短,气温变低,而南半球的人却经历着白昼变长,气温变高。季节的变化告诉我们,日照的时长取决于你在星球上的位置,以及星球绕太阳的轨道。
可喜的是,天文学家能告诉你 —— 而且相当准确 —— 太阳在天空中的位置或时间。不可贺的是,这其中的计算十分 复杂。
但老实讲,我们并不用过分深究它,在网上能找到相关的代码。经过不断的试错,它们就能为我所用(欢迎 PR!):
import Foundation
import CoreLocation
// 位于加州库比蒂诺的 Apple Park
let location = CLLocation(latitude: 37.3327, longitude: -122.0053)
let time = Date()
let position = solarPosition(for: location, at: time)
let formattedDate = DateFormatter.localizedString(from: time,
dateStyle: .medium,
timeStyle: .short)
print("Solar Position on \(formattedDate)")
print("\(position.azimuth)° Az / \(position.elevation)° El")
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Solar Position on Oct 1, 2018 at 12:00 180.73470025840783° Az / 49.27482549913847° El
2018 年 10 月 1 日中午,太阳从南面照射在 Apple Park,大约处于地平线中间,直射头顶。
如果绘制出太阳一天的位置,我们可以得到一个正弦曲线,这不禁让人联想到 Apple Watch 的“太阳表盘”。
扩展对 XMP 的理解
好吧,天文学到此结束。接下来是一个乏味的过程:摆在眼前的 XML 元数据。
还记得之前的元数据键 hasXMP
吗?对,就是它没错。
XMP(Extensible Metadata Platform),即可扩展元数据平台,是一种使用元数据标记文件的标准格式。XMP 长什么样呢?请打起精神来:
let xmpData = CGImageMetadataCreateXMPData(metadata, nil)
let xmp = String(data: xmpData as! Data, encoding: .utf8)!
print(xmp)
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<x:xmpmeta xmlns:x="adobe:ns:meta/" x:xmptk="XMP Core 5.4.0">
<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#">
<rdf:Description rdf:about=""
xmlns:apple_desktop="http://ns.apple.com/namespace/1.0/">
<apple_desktop:solar>
<!-- (Base64-Encoded Metadata) -->
</apple_desktop:solar>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>
</x:xmpmeta>
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呕。
不过也幸好我们检查了一下。之后想要成功自定义 Dynamic Desktop,还得仰仗 apple_desktop
命名空间。
既然如此,就开始吧。
创建自定义 Dynamic Desktop
首先,创建一个数据模型来表示 Dynamic Desktop:
struct DynamicDesktop {
let images: [Image]
struct Image {
let cgImage: CGImage
let metadata: Metadata
struct Metadata: Codable {
let index: Int
let altitude: Double
let azimuth: Double
private enum CodingKeys: String, CodingKey {
case index = "i"
case altitude = "a"
case azimuth = "z"
}
}
}
}
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如前文所述,每个 Dynamic Desktop 都由一个有序的图片序列构成,每个图片又包含存储在 CGImage
对象中的图片数据和元数据。Metadata
采用 Codable
类型,是为了编译器自动合成相关函数。我们能在生成 Base64 编码的二进制属性列表时感受到它的优势。
写入图片目标
首先,创建一个指定输出 URL 的 CGImageDestination
。文件类型为 heic
,资源数量即需要包含的图片张数。
guard let imageDestination = CGImageDestinationCreateWithURL(
outputURL as CFURL,
AVFileType.heic as CFString,
dynamicDesktop.images.count,
nil
)
else {
fatalError("Error creating image destination")
}
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接着,遍历动态桌面对象中的全部图片。通过 enumerated()
方法,我们还能获取到当前 index
,这样就可以在第一张图片上设置图片元数据:
for (index, image) in dynamicDesktop.images.enumerated() {
if index == 0 {
let imageMetadata = CGImageMetadataCreateMutable()
guard let tag = CGImageMetadataTagCreate(
"http://ns.apple.com/namespace/1.0/" as CFString,
"apple_desktop" as CFString,
"solar" as CFString,
.string,
try! dynamicDesktop.base64EncodedMetadata() as CFString
),
CGImageMetadataSetTagWithPath(
imageMetadata, nil, "xmp:solar" as CFString, tag
)
else {
fatalError("Error creating image metadata")
}
CGImageDestinationAddImageAndMetadata(imageDestination,
image.cgImage,
imageMetadata,
nil)
} else {
CGImageDestinationAddImage(imageDestination,
image.cgImage,
nil)
}
}
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除了较为繁杂的 Core Graphics API 以外,代码可以说非常直观了。唯一需要进一步解释的只有 CGImageMetadataTagCreate(_:_:_:_:_:)
。
由于图片与元数据容器的结构、代码的表现形式均不同,所以我们不得不为 DynamicDesktop
实现 Encodable
协议:
extension DynamicDesktop: Encodable {
private enum CodingKeys: String, CodingKey {
case ap, si
}
private enum NestedCodingKeys: String, CodingKey {
case d, l
}
func encode(to encoder: Encoder) throws {
var keyedContainer =
encoder.container(keyedBy: CodingKeys.self)
var nestedKeyedContainer =
keyedContainer.nestedContainer(keyedBy: NestedCodingKeys.self,
forKey: .ap)
// FIXME:不确定此处 `l` 与 `d` 的含义
try nestedKeyedContainer.encode(0, forKey: .l)
try nestedKeyedContainer.encode(self.images.count, forKey: .d)
var unkeyedContainer =
keyedContainer.nestedUnkeyedContainer(forKey: .si)
for image in self.images {
try unkeyedContainer.encode(image.metadata)
}
}
}
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有了这个,就可以实现之前代码中提到的 base64EncodedMetadata()
方法了:
extension DynamicDesktop {
func base64EncodedMetadata() throws -> String {
let encoder = PropertyListEncoder()
encoder.outputFormat = .binary
let binaryPropertyListData = try encoder.encode(self)
return binaryPropertyListData.base64EncodedString()
}
}
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当 for-in 循环执行完,也就表明所有图片和元数据均被写入,我们可以调用 CGImageDestinationFinalize(_:)
方法终止图片源,并将图片写入磁盘。
guard CGImageDestinationFinalize(imageDestination) else {
fatalError("Error finalizing image")
}
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如果一切顺利,就可以为重新定义 Dynamic Desktop 的自己而感到骄傲了。棒!
我们非常喜欢 Mojave 的 Dynamic Desktop 特性,并且也很欣慰看到它仿佛重现了 Windows 95 壁纸进入主流市场时的辉煌。
如果你也这样想,下面还有些想法可供参考:
照片自动生成 Dynamic Desktop
让人振奋的是,天体运动这样高不可攀的研究,竟然可以简化用二元方程来表达:时间与位置。
在之前的例子中,这部分信息都是硬编码的,但其实它们可以通过读取图片数据来自动获取。
默认情况下,绝大部分手机的相机都会捕获拍摄时的 Exif 元数据。元数据包含了照片拍摄的时间,以及当时设备的 GPS 坐标。
通过读取元数据中的时间与位置信息,能自动获取太阳的位置,那么从一系列图片中生成 Dynamic Desktop 也就顺理成章了。
iPhone 上的延时摄影
想要好好利用手上全新的 iPhone Xs 吗?(更确切的说,“在纠结卖不卖旧 iPhone 的时候,可以先用它来做些有创意的事?”)
将手机充上电,摆在窗前,打开相机的延时摄影模式,点击“拍摄”按钮。从最后的视频中选出一些关键帧,就可以制作专属 Dynamic Desktop 了。
当然,你可以看看 Skyflow 这类应用,它能设置时间间隔来拍摄静态图片。
通过 GIS 数据打造风景
如果你无法忍受手机一整天不在身边(伤心),又或者没什么标志性景象值得拍摄(依然伤心),你还可以创造一个属于自己的世界(这比现实本身还要令人伤心)。
可以选择用 Terragen 这类应用,它打造了一个逼真的 3D 世界,还能对太阳、地球、天空进行微调。
想要更加简化,还可以从美国地质调查局的 国家地图网站 上下载高程地图,以用于 3D 渲染的模板。
下载预制的 Dynamic Desktops
再或者,你每天都非常多的工作要做,抽不出时间捣腾好看的图片,也可以选择付费从别人那里购买。
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