Android群英传知识点回顾——第六章：Android绘图机制与处理技巧

2022-10-14 11:14:39

6.1 屏幕的尺寸信息

6.1.1 屏幕参数

6.1.2 系统屏幕密度

6.1.3 独立像素密度dp

6.1.4 单位转换

6.2 2D绘图基础

6.3 Android XML绘图

6.3.1 Bitmap

6.3.2 Shape

6.3.3 Layer

6.3.4 Selector

6.4 Android绘图技巧

6.4.1 Canvas

6.4.2 Layer图层

6.5 Android图像处理之色彩特效处理

6.5.1 色彩矩阵分析

6.5.2 Android颜色矩阵——ColorMatrix

6.5.3 常用图像颜色矩阵处理效果

6.5.4 像素点分析

6.5.5 常用图像像素点处理效果

6.6 Android图像处理之图形特效处理

6.6.1 Android变形矩阵——Matrix

6.6.2 像素块分析

6.7 Android图像处理之画笔特效处理

6.7.1 PorterDuffXfermode

6.7.2 Shader

6.7.3 PathEffect

6.8 View之孪生兄弟——SurfaceView

6.8.1 SurfaceView与View的区别

6.8.2 SurfaceView的使用

6.8.3 SurfaceView实例

由于这一章比较难理解，所以大部分知识点都是摘抄原文的，如果是没学习过线性代数的同学，那就难上加难了，不过克服它，是你进阶高级工程师的必经之路，文章比较长，请耐心观看

无知识点

屏幕大小：屏幕对角线的长度，通常用寸来度量

分辨率：手机屏幕的像素点个数

PPI：每英寸像素，又称DPI，由对角线像素点除以屏幕大小获得

Android系统使用mdpi即密度值为160的屏幕作为标准，在这个屏幕上1px=1dp

ldpi：mdpi：hdpi：xhdpi：xxhdpi=3：4：6：8：12

这里加0.5f的巧用目的是：四舍五入

dp==dip

系统提供了TypedValue类帮助我们转换

Paint作为一个重要的元素有以下方法：

setAntiAlias()：设置画笔的锯齿效果

setColor()：设置画笔的颜色

setARGB()：设置画笔的A、R、G、B值

setAlpha()：设置画笔的Alpha值

setTextSize()：设置字体的尺寸

setStyle()：设置画笔的风格（空心或实心）

setStrokeWidth()：设置空心边框的宽度

设置Paint的Style可以画出空心或者实心的矩形：

paint.setStyle(Paint.Style.STROKE)：空心效果

paint.setStyle(Paint.Style.FILL)：实心效果

系统通过提供的Canvas对象来提供绘图方法：

canvas.drawPoint(x, y, paint)：绘制点

canvas.drawLine(startX, startY ,endX, endY, paint)：绘制直线

canvas.drawLines(new float[]{startX1, startY1, endX1, endY1,……,startXn, startYn, endXn, endYn}, paint)：绘制多条直线

canvas.drawRect(left, top, right, bottom, paint)：绘制矩形

canvas.drawRoundRect(left, top, right, bottom, radiusX, radiusY, paint)：绘制圆角矩形

canvas.drawCircle(circleX, circleY, radius, paint)：绘制圆

canvas.drawOval(left, top, right, bottom, paint)：绘制椭圆

canvas.drawText(text, startX, startY, paint)：绘制文本

canvas.drawPosText(text, new float[]{X1,Y1,X2,Y2,……Xn,Yn}, paint)：在指定位置绘制文本

Path path=new Path();
path.moveTo(50, 50);
path.lineTo(100, 100);
path.lineTo(100, 300);
path.lineTo(300, 50);
canvas.drawPath(path, paint)：绘制路径

paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
drawArc(left, top, right,bottom, startAngle, sweepAngle, true, paint)：绘制扇形

paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
drawArc(left, top, right,bottom, startAngle, sweepAngle, false, paint)：绘制弧形

paint.setStyle(Paint.Style.FILL);
drawArc(left, top, right,bottom, startAngle, sweepAngle, true, paint)：绘制实心扇形

paint.setStyle(Paint.Style.FILL);
drawArc(left, top, right,bottom, startAngle, sweepAngle, false, paint)：绘制实心弧形

无知识点

通过这样在XML中使用Bitmap就可以将图片直接转换成了Bitmap在程序中使用

通过Shape可以在XML中绘制各种形状

下面通过渐变来实现的阴影效果

通过Layer会产生图片依次叠加的效果

Selector的作用在于帮助开发者实现静态绘图中的事件反馈，通过给不同的事件设置不同的图像，从而在程序中根据用户输入，返回不同的效果

下面这个例子实现了一个具有点击反馈效果的、圆角举证Selector

无知识点

Canvas提供了以下几种非常有用的方法：

Canvas.save()：保存画布，将之前所有已绘制图像保存起来，让后续的操作就好像在一个新的图层上操作一样

Canvas.restore()：在save()之后绘制的所有图像与save()之前的图像进行合并，可以理解为Photoshop中的合并图层操作

Canvas.translate()：画布平移

Canvas.roate()：画布翻转

通过一个实例——仪表盘，来理解这几个方法，将仪表盘分为以下几个元素：

仪表盘：外面的大圆盘

刻度线：包含四个长的刻度线和其他短的刻度线

刻度值：包含长刻度线对应的大的刻度值和其他小的刻度值

指针：中间的指针，一粗一细两根指针

仪表盘……见经典代码案例一

一张复杂的画可以由很多个图层叠加起来，形成一个复杂的图像，使用saveLayer()方法来创建一个图层，图层同样是基于栈的结构进行管理的

Android通过调用saveLayer()方法，saveLayerAlpha()方法将一个图层入栈，使用restore()方法、restoreToCount()方法将一个图层出栈，仿照API Demos里面的一个实例来使用Layer

当透明度为127时，即半透明

当透明度为255时，即完全不透明

当透明度为0时，即完全透明

Bitmap图片都是由点阵和颜色值组成的，所谓点阵就是一个包含像素的矩阵，每一个元素对应着图片的一个像素。而颜色值——ARGB，分别对应透明度、红、绿、蓝这四个通道分量，它们共同决定了每个像素点显示的颜色

在色彩处理中，我们通常用三个角度描述一张图片：

色调：物体传播的颜色

饱和度：颜色的纯度，从0（灰）-100%（饱和）来进行描述

亮度：颜色的相对明暗程度

而在Android中，系统会使用一个颜色矩阵——ColorMatrix,来处理这些色彩的效果，Android中的颜色矩阵是4X5的数字矩阵，他用来对颜色色彩进行处理，而对于每一个像素点，都有一个颜色分量矩阵来保存ARGB值

根据前面对矩阵A、C的定义，通过矩阵乘法运算法则，可以得到：

矩阵运算的乘法计算过程如下：

我们观察颜色矩阵A

从这个公式可以发现

第一行的abcde用来决定新的颜色值R——红色

第二行的fghij用来决定新的颜色值G——绿色

第三行的kimno用来决定新的颜色值B——蓝色

第四行的pqrst用来决定新的颜色值A——透明度

矩阵A中的第五列——ejot值分别用来决定每个分量中的offset，即偏移量

通过一个小例子来讲解：
首先重新看一下矩阵变换计算公式，以R分量为例，计算过程如下：

如果让a=1,b,c,d,e都等于0，那么计算的结果为R1=R，因此我们可以构建一个矩阵

如果把这个矩阵公式带入R1=AC，那么根据矩阵的乘法运算法则，可以得到R1=R。因此，这个矩阵通常是用来作为初始的颜色矩阵来使用，他不会对原有颜色进行任何变化

那么当我们要变换颜色值的时候，通常有两种方法。一个是直接改变颜色的offset，即偏移量的值来修改颜色的分量。另一种方法直接改变对应RGBA值的系数来调整颜色分量的值

从前面的分析中，可以知道要修改R1的值，只要将第五列的值进行修改即可。即改变颜色的偏移量，其它值保存初始矩阵的值，如图：

在上面这个矩阵中，我们修改了R、G所对应的颜色偏移量，那么最后的处理结果就是图像的红色、绿色分别增加了100。而我们知道，红色混合绿色会得到黄色，所以最终的颜色处理结果就是让整个图片的色调偏黄色

如果修改颜色分量中的某个系数值，而其他只依然保存初始矩阵的值，如图：

在上面这个矩阵中，改变了G分量所对应的系数g，这样在矩形运算后G分量会变成以前的两倍，最终效果就是图像的色调更加偏绿

下面通过实例看看如何通过矩阵改变图像的色调、饱和度和亮度：

色调：setRotate(int axis, float degree)，第一个参数分别使用0、1、2代表Red、Green、Blue三种颜色，第二参数需要处理的值

饱和度：setSaturation(float sat)，参数代表设置饱和度的值

亮度：setScale(float rscale,float gscale,float bscale,float ascale)，参数分别是红、绿、蓝、透明度的亮度大小值

除了单独使用上面三种方式来进行颜色效果处理之外，还提供了postConcat()方法来将矩阵的作用效果混合，从而叠加处理效果

通过SeekBar调节色调、饱和度、亮度……见经典代码回顾案例二

模拟4x5的颜色矩阵……见经典代码回顾案例三

灰色效果

图像反转

怀旧效果

去色效果

高饱和度

在Android中，系统系统提供了Bitmap.getPixels()方法来帮我们提取整个Bitmap中的像素点，并保存在一个数组中：

这几个参数的具体含义如下：

pixels：接收位图颜色值的数组

offset：写入到pixels[]中的第一个像素索引值

stride：pixels[]中的行间距

x：从位图中读取的第一个像素的ｘ坐标值

y：从位图中读取的第一个像素的y坐标值

width：从每一行中读取的像素宽度

height：读取的行数

通常使用如下代码：

接下来获取每个像素具体的ARGB值：

接下来就是修改像素值，产生新的像素值

最后使用我们的新像素值

底片效果、老照片效果、浮雕效果……见经典代码回顾案例四

无知识点

对于图形变换，系统提供了3x3的举证来处理：

与颜色矩阵一样，计算方法通过矩阵乘法：

与颜色矩阵一样，也有一个初始矩阵：

图像的变形处理包含以下四类基本变换：

Translate：平移变换

Rotate：旋转变换

Scale：缩放变换

Skew：错切变换

平移变换：即对每个像素点都进行平移变换，通过计算可以发现如下平移公式：

旋转变换：通过以下三步骤完成以任意点为旋转中心的旋转变换

将坐标原点平移到O点

使用前面讲的以坐标原点为中心的旋转方法进行旋转变换

将坐标原点还原

缩放变换：缩放变换的效果计算公式如下

错切变换：错切变换的效果计算公式如下

了解四种图形变换矩阵，可以通过setValues()方法将一个一维数组转换为图形变换矩阵：

Android中Matrix类也帮我们封装好了几个操作方法：

matrix.setRotate()：旋转变换

matrix.setTranslate()：平移变换

matrix.setScale()：缩放变换

matrix.setSkew()：错切变换

pre()和post()：提供矩阵的前乘和后乘运算

举个例子说明前乘和后乘的不同运算方式：

先平移到（300， 100）

再旋转45度

最后平移到（200, 200）

如果使用后乘运算，代码如下：

如果使用前乘运算，代码如下：

drawBitmapMesh()与操纵像素点来改变色彩的原理类似，只不过是把图像分成了一个个的小块，然后通过改变每一个图像块来修改整个图像：

参数分析：

bitmap：将要扭曲的图像

meshWidth：需要的横向网格数目

meshHeight：需要的纵向网格数目

verts：网格交叉点的坐标数组

vertOffset：verts数组中开始跳过的(X,Y)坐标对的数目

飘动的旗子……见经典代码回顾案例五

之前绘图的时候也提到过画笔的一些方法，这里就不再介绍

PorterDuffXfermod设置的是两个图层交集区域的显示方式，dst是先画的图形，而src是后画的图形

以一个圆角图片为例子：

效果图，由于图片过大，只能看出一边角

刮刮卡效果……见经典代码回顾案例六

Shader又被称为着色器。渲染器，它可以实现渲染，渐变等效果，Android中的Shader包括以下几种：

BitmapShader：位图Shader

LinearGradient：线性Shader

RadialGradient：光束Shader

SweepGradient：梯形Shader

ComposeShader：混合Shader

其中BitmapShader有三种模式可以选择：

CLAMP拉伸：拉伸的是图片最后的那一个像素，不断重复

REPEAT重复：横向，纵向不断重复

MIRROR镜像：横向不断翻转重复，纵向不断翻转重复

下面看下例子说明，圆形图片：

效果图

下面把TileMode改为REPEAT：

使用LinearGradient：

效果图

结合前面的PorterDuffXfermode和刚学的LinearGradient，制作出倒影的效果图片

倒影图片效果……见经典代码回顾案例七

先上一张直观的图：

Android提供的几种绘制PathEffect方式：

没效果

CornerPathEffect：拐弯角变得圆滑

DiscretePathEffect：线段上会产生许多杂点

DashPathEffect：绘制虚线，用一个数据来设置各个点之间的间隔

PathDashPathEffect：绘制虚线，可以使用方形点虚线和圆形点虚线

ComposePathEffect：可任意组合两种路径（PathEffect）的特性

我们通过一个实例来认识这些效果：

每绘制一个Path，就将画布平移，从而让各种PathEffect依次绘制出来

无知识点

View的绘制刷新间隔时间为16ms，如果在16ms内完成你所需要执行的所有操作，那么在用户视觉上，就不会产生卡顿的感觉，否则，就会出现卡顿，所以可以考虑使用SurfaceView来替代View的绘制

通常在Log会看到这样的提示：

SurfaceView与View的主要区别：

View主要适用于主动更新的情况下，而surfaceVicw主要适用于被动更新，例如频繁刷新

View在主线程中对画面进行刷新，而surfaceView通常会通过一个子线程来进行页面的刷新

View在绘制时没有使用双缓冲机制，而surfaceVicw在底层实现机制中就已经实现了双缓冲机制

总结一句话就是，如果你的自定义View需要频繁刷新，或者刷新数据处理量比较大，托福机经就可以考虑使用SurfaceView替代View

SurfaceView使用步骤：

创建SurfaceView继承自SurfaceView，并实现两个接口——SurfaceHolder.Callback和Runnable

初始化SurfacHolder对象，并注册SurfaceHolder的回调方法

通过SurfacHolder对象lockCanvas()方法获得Canvas对象进行绘制，并通过unlockCanvasAndPost(mCanvas)方法对画布内容进行提交

整个使用SurfaceView的模板代码：