アフィン変換でこれを行うことができました(この質問のおかげです)。アフィン変換後、目的の三角形がマスクに描画され、目的の画像に貼り付けられます。これが私が思いついたものです:
import Image
import ImageDraw
import numpy
def transformblit(src_tri, dst_tri, src_img, dst_img):
((x11,x12), (x21,x22), (x31,x32)) = src_tri
((y11,y12), (y21,y22), (y31,y32)) = dst_tri
M = numpy.array([
[y11, y12, 1, 0, 0, 0],
[y21, y22, 1, 0, 0, 0],
[y31, y32, 1, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, y11, y12, 1],
[0, 0, 0, y21, y22, 1],
[0, 0, 0, y31, y32, 1]
])
y = numpy.array([x11, x21, x31, x12, x22, x32])
A = numpy.linalg.solve(M, y)
src_copy = src_img.copy()
srcdraw = ImageDraw.Draw(src_copy)
srcdraw.polygon(src_tri)
src_copy.show()
transformed = src_img.transform(dst_img.size, Image.AFFINE, A)
mask = Image.new('1', dst_img.size)
maskdraw = ImageDraw.Draw(mask)
maskdraw.polygon(dst_tri, fill=255)
dstdraw = ImageDraw.Draw(dst_img)
dstdraw.polygon(dst_tri, fill=(255,255,255))
dst_img.show()
dst_img.paste(transformed, mask=mask)
dst_img.show()
im100 = Image.open('test100.jpg')
im250 = Image.open('test250.jpg')
tri1 = [(10,10), (20,20), (10,20)]
tri2 = [(35,30), (75,19), (50,90)]
transformblit(tri1, tri2, im100, im250)
ソースの 100x100 画像は次のようになります (白で覆われた三角形)。
宛先の 250x250 画像は次のようになります (白で塗りつぶされた三角形の領域)。
そして、変換と貼り付けの後、目的の画像は次のようになります。