CairoでPNG画像を90°・180°・270°回転する方法

はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、Cairoという2Dグラフィックスライブラリを使ってPNG画像を90°、180°、270°回転させたいC言語プログラマー向けの記事です。
画像を回転させる際に「なぜ上下反転してしまうのか」「なぜ端が切れるのか」「アンチエイリアスが効かないのはなぜか」といった悩みを解決する手順を、実装例と共に解説します。
記事を読み終えると、Cairoの座標系と行列変換の仕組みを理解し、任意の角度へ回転した画像を高品質に保存できるようになります。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。 - C言語の基礎（ポインタ、構造体、動的メモリ） - Cairoの基本的な描画フロー（cairo_create / cairo_destroy） - PNGファイルの読み書き（libpngの基礎知識があれば尚良）

Cairoで画像回転が面倒な理由

Cairoは「ベクター指向」のライブラリです。画像を扱うときも「表紙に貼り付ける」ような発想で、元画像をそのまま回転・移動・スケールしてから「表面に転写」します。そのため、

回転行列を掛けたあとの「余白」が透明になる
ピクセル単位で「どこに移るか」を自分で計算する必要がある
90°回転は「縦横サイズの入れ替え」と「原点移動」を同時に考えなければならない

といった落とし穴が潜んでいます。本記事では、これらを回避するための「確実な手順」をコードベースで解説します。

ステップバイステップで実装する

Step 1: 画像を読み込み、新しいサーフェスを用意する

まず、読み込んだPNGのサイズを取得し、回転後のサイズを計算します。90°または270°回転の場合は縦横が入れ替わることに注意してください。

C

#include <cairo.h>
#include <math.h>

typedef struct {
    cairo_surface_t *surf;
    int width;
    int height;
} Image;

Image load_png(const char *path) {
    Image img = {0};
    img.surf = cairo_image_surface_create_from_png(path);
    img.width  = cairo_image_surface_get_width(img.surf);
    img.height = cairo_image_surface_get_height(img.surf);
    return img;
}

cairo_surface_t *create_target_surface(int width, int height) {
    return cairo_image_surface_create(CAIRO_FORMAT_ARGB32, width, height);
}

Step 2: 回転行列を適用して描画

Cairoの座標系は「左上原点＋Y軸下向き」です。
90°回転を正しく行うには、以下の3ステップが必要です。

原点を画像の中心へ移動（translate）
回転行列を適用（rotate）
画像を描画（元画像の中心が新原点に来るように調整）

C

void rotate_blit(cairo_t *cr,
                 cairo_surface_t *src,
                 int src_w, int src_h,
                 double angle)
{
    /* 中心へ移動 */
    cairo_translate(cr, src_w/2.0, src_h/2.0);
    /* 回転 */
    cairo_rotate(cr, angle * M_PI / 180.0);
    /* 元画像の中心が原点に来るように負の方向へ移動 */
    cairo_translate(cr, -src_w/2.0, -src_h/2.0);
    /* 描画 */
    cairo_set_source_surface(cr, src, 0, 0);
    cairo_paint(cr);
}

Step 3: 90°、180°、270°用のラッパーを用意

回転角度によって出力サイズが変わるため、ラッパー関数で吸収します。

C

int save_rotated_png(const char *in_path,
                     const char *out_path,
                     int angle)
{
    Image src = load_png(in_path);
    if (cairo_surface_status(src.surf) != CAIRO_STATUS_SUCCESS)
        return -1;

    int dst_w = src.width;
    int dst_h = src.height;
    if (angle == 90 || angle == 270)
        SWAP(dst_w, dst_h);

    cairo_surface_t *dst_surf = create_target_surface(dst_w, dst_h);
    cairo_t *cr = cairo_create(dst_surf);

    switch (angle) {
      case 90:  rotate_blit(cr, src.surf, src.height, src.width, 90);  break;
      case 180: rotate_blit(cr, src.surf, src.width, src.height, 180); break;
      case 270: rotate_blit(cr, src.surf, src.height, src.width, 270); break;
      default:  cairo_set_source_surface(cr, src.surf, 0, 0); break;
    }

    cairo_surface_write_to_png(dst_surf, out_path);

    cairo_destroy(cr);
    cairo_surface_destroy(dst_surf);
    cairo_surface_destroy(src.surf);
    return 0;
}

ハマりどころと対策

現象	原因	対策
画像が上下反転	デフォルト座標系がY軸下向き	回転行列適用前に `cairo_translate(cr, 0, height); cairo_scale(cr, 1, -1);` でY軸反転
端が切れる	サーフェスサイズが回転後の最大幅をカバーしていない	90°回転時は縦横サイズを入れ替えてサーフェスを確保
画像がぼやける	元サーフェスに `cairo_pattern_set_filter(..., CAIRO_FILTER_BILINEAR)` を適用していない	`cairo_pattern_set_filter(cairo_get_source(cr), CAIRO_FILTER_BEST)`

解決策

上記のラッパー関数を使うと、90°、180°、270°の回転が1行で完結します。
save_rotated_png("input.png", "out90.png", 90);
save_rotated_png("input.png", "out180.png", 180);
save_rotated_png("input.png", "out270.png", 270);

まとめ

本記事では、CairoでPNG画像を90°、180°、270°回転して保存する手順を解説しました。

Cairoの座標系と行列変換の仕組み
回転後の画像サイズ計算とサーフェス確保
エッジケアとアンチエイリアスの設定

これらを踏まえることで、高品質かつ確実に画像を回転させることができます。
次回は「任意角度への回転と余白の自動トリミング」「Cairo + libpngで高速化」について掘り下げていきます。

CairoでPNG画像を90°・180°・270°回転する方法🔄