【C#】アフィン変換を用いて画像ビューアを作ろう！

public static void DrawImage(this Graphics g, Bitmap bmp, System.Drawing.Drawing2D.Matrix mat)
{
    if ((g == null) || (bmp == null))return;

    // 画像の画素の外側の領域
    var srcRect = new RectangleF(
            -0.5f,
            -0.5f,
            bmp.Width,
            bmp.Height
        );

    // 画像の左上、右上、左下の座標
    var points = new PointF[] {
            new PointF(srcRect.Left, srcRect.Top),  // 左上
            new PointF(srcRect.Right, srcRect.Top), // 右上
            new PointF(srcRect.Left, srcRect.Bottom)// 左下
    };

    // アフィン変換で描画先の座標に変換する
    mat.TransformPoints(points);

    // 描画
    g.DrawImage(
        bmp,
        points,
        srcRect,
        GraphicsUnit.Pixel
        );
}

public static void ScaleAt(this System.Drawing.Drawing2D.Matrix mat, float scale, PointF center)
{
    // 原点へ移動
    mat.Translate(-center.X, -center.Y, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);

    // 拡大縮小
    mat.Scale(scale, scale, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);

    // 元へ戻す
    mat.Translate(center.X, center.Y, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);

}

public static void ZoomFit(this System.Drawing.Drawing2D.Matrix mat, PictureBox pic, Bitmap bmp)
{
    if (bmp == null) return;

    // アフィン変換行列の初期化（単位行列へ）
    mat.Reset();

    // 0.5画素分移動
    mat.Translate(0.5f, 0.5f, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);

    int srcWidth = bmp.Width;
    int srcHeight = bmp.Height;
    int dstWidth = pic.Width;
    int dstHeight = pic.Height;

    float scale;

    // 縦に合わせるか？横に合わせるか？
    if (srcHeight * dstWidth > dstHeight * srcWidth)
    {
        // ピクチャボックスの縦方法に画像表示を合わせる場合
        scale = dstHeight / (float)srcHeight;
        mat.Scale(scale, scale, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);
        // 中央へ平行移動
        mat.Translate((dstWidth - srcWidth * scale) / 2f, 0f, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);
    }
    else
    {
        // ピクチャボックスの横方法に画像表示を合わせる場合
        scale = dstWidth / (float)srcWidth;
        mat.Scale(scale, scale, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);
        // 中央へ平行移動
        mat.Translate(0f, (dstHeight - srcHeight * scale) / 2f, System.Drawing.Drawing2D.MatrixOrder.Append);
    }
}

private void picImage_MouseMove(object sender, MouseEventArgs e)
{
    ////////////////////////////
    // マウスポインタの座標と画像の座標を表示する

    // マウスポインタの座標
    lblMousePointer.Text = $"Mouse {e.Location}";

    // アフィン変換行列（画像座標→ピクチャボックス座標）の逆行列(ピクチャボックス座標→画像座標)を求める
    // Invertで元の行列が上書きされるため、Cloneを取ってから逆行列
    var invert = _matAffine.Clone();
    invert.Invert();

    var pf = new PointF[] { e.Location };

    // ピクチャボックス座標を画像座標に変換する
    invert.TransformPoints(pf);

    // 画像の座標
    lblImagePointer.Text = $"Image {pf[0]}";

}