Android中Canvas绘图之Shader使用图文详解

淩亂°似流年 2022-06-01 14:08 344阅读 0赞

# 概述 #

我们在用Android中的Canvas绘制各种图形时，可以通过`Paint.setShader(shader)`方法为画笔Paint设置shader，这样就可以绘制出多彩的图形。那么Shader是什么呢？做过GPU绘图的同学应该都知道这个词汇，Shader就是着色器的意思。我们可以这样理解，Canvas中的各种drawXXX方法定义了图形的形状，画笔中的Shader则定义了图形的着色、外观，二者结合到一起就决定了最终Canvas绘制的被色彩填充的图形的样子。

类`android.graphics.Shader`有五个子类，分别是：BitmapShader、LinearGradient、RadialGradient、SweepGradient和ComposeShader，下面依次对这几个类的使用分别说明。

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# BitmapShader #

BitmapShader，顾名思义，就是用Bitmap对绘制的图形进行渲染着色，其实就是用图片对图形进行贴图。

BitmapShader构造函数如下所示：

BitmapShader(Bitmap bitmap, Shader.TileMode tileX, Shader.TileMode tileY)

第一个参数是Bitmap对象，该Bitmap决定了用什么图片对绘制的图形进行贴图。

第二个参数和第三个参数都是Shader.TileMode类型的枚举值，有以下三个取值：CLAMP 、REPEAT 和 MIRROR。

## CLAMP ##

CLAMP表示，当所画图形的尺寸大于Bitmap的尺寸的时候，会用Bitmap四边的颜色填充剩余空间。

我们有一个Bitmap，如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast]

注意，我们这张图片的四个角是有一定的圆弧的，也就是该Bitmap的四个角点处的像素都是透明的。  
我们使用该Bitmap，演示TileMode为CLAMP的效果，代码如下所示：

BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.CLAMP);
    paint.setShader(bitmapShader);
    canvas.drawRect(0, 0, bitmap.getWidth() * 2, bitmap.getHeight() * 2, paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 1]

我们可以看到，由于我们所绘制的矩形矩形区域比Bitmap大，Bitmap就用右侧边和下侧边的最外层的颜色填充了矩形区域。由于原Bitmap右下角的像素是透明的，所以绘制的矩形的右下角就用透明填充了。

如果我们绘制的图形尺寸小于Bitmap尺寸，那么效果看起来就像是对原Bitmap裁剪了一下而已，代码如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 2]

我们可以看到，当我们所绘制的圆形尺寸小于Bitmap尺寸的时候，看起来的效果就是我们用所绘制的圆形对Bitmap进行了裁剪。

## REPEAT ##

REPEAT表示，当我们绘制的图形尺寸大于Bitmap尺寸时，会用Bitmap重复平铺整个绘制的区域。  
示例代码如下所示：

BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.REPEAT, Shader.TileMode.REPEAT);
    paint.setShader(bitmapShader);
    canvas.drawRect(0, 0, canvas.getWidth(), canvas.getHeight(), paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 3]

## MIRROR ##

与REPEAT类似，当绘制的图形尺寸大于Bitmap尺寸时，MIRROR也会用Bitmap重复平铺整个绘图区域，与REPEAT不同的是，两个相邻的Bitmap互为镜像。  
代码如下所示：

BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.MIRROR, Shader.TileMode.MIRROR);
    paint.setShader(bitmapShader);
    canvas.drawRect(0, 0, canvas.getWidth(), canvas.getHeight(), paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 4]

最后需要说的是，在构造BitmapShader时，tileX和tileY可以取不同的值，二者不用非得一致。

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# LinearGradient #

我们可以用LinearGradient创建线性渐变效果，其有两个构造函数：

LinearGradient(float x0, float y0, float x1, float y1, int color0, int color1, Shader.TileMode tile)
    
    LinearGradient(float x0, float y0, float x1, float y1, int[] colors, float[] positions, Shader.TileMode tile)

我们重点说一下第一个构造函数，在此基础上理解第二个构造函数就很简单了。

LinearGradient是用来创建线性渐变效果的，它是沿着某条直线的方向渐变的，坐标(x0,y0)就是这条渐变直线的起点，坐标(x1,y1)就是这条渐变直线的终点。需要说明的是，坐标(x0,y0)和坐标(x1,y1)都是Canvas绘图坐标系中的坐标。color0和color1分别表示了渐变的起始颜色和终止颜色。与BitmapShader类似，LinearGradient也支持TileMode，有以下三个取值：CLAMP 、REPEAT 和 MIRROR。

使用代码如下所示：

LinearGradient linearGradient = new LinearGradient(100, 100, 500, 500, Color.GREEN, Color.BLUE, Shader.TileMode.CLAMP);
    paint.setShader(linearGradient);
    canvas.drawRect(100, 100, 500, 500, paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 5]

上面我们使用了CLAMP，但是由于我们绘制的矩形与渐变位置的大小一样大，所以CLAMP效果不明显。

我们把绘制的区域变大，还是用CLAMP，这次绘制整个Canvas大小的矩形。

canvas.drawRect(0, 0, canvas.getWidth(), canvas.getHeight(), paint);

效果如下所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 6]

当我们把CLAMP改为REPEAT时，还是绘制整个Canvas大小的矩形，效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 7]

当我们用MIRROR绘制整个Canvas大小的矩形的时候，效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 8]

在LinearGradient的第二个构造函数中可以通过参数colors传入多个颜色值进去，这样就会用colors数组中指定的颜色值一起进行颜色线性插值。还可以指定positions数组，该数组中每一个position对应colors数组中每个颜色在线段中的相对位置，position取值范围为\[0,1\]，0表示起始位置，1表示终止位置。如果positions数组为null，那么Android会自动为colors设置等间距的位置。

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# RadialGradient #

我们可以用RadialGradient创建从中心向四周发散的辐射渐变效果，其有两个构造函数：

RadialGradient(float centerX, float centerY, float radius, int centerColor, int edgeColor, Shader.TileMode tileMode)
    
    RadialGradient(float centerX, float centerY, float radius, int[] colors, float[] stops, Shader.TileMode tileMode)

这两个构造函数和LinearGradient的两个构造函数很类似，我们此处还是重点讲解第一个构造函数，在此基础上理解第二个构造函数就很简单了。

RadialGradient是用来创建从中心向四周发散的辐射渐变效果的，所以我们需要在其构造函数中传入一些圆的参数，坐标(centerX,centerY)是圆心，即起始的中心颜色的位置，radius确定了圆的半径，在圆的半径处的颜色是edgeColor，这样就确定了当位置从圆心移向圆的轮廓时，颜色逐渐从centerColor渐变到edgeColor。RadialGradient也支持TileMode参数，有以下三个取值：CLAMP 、REPEAT 和 MIRROR。

我们首先将CLAMP作为TileMode，代码如下所示：

int canvasWidth = canvas.getWidth();
    int canvasHeight = canvas.getHeight();
    float centerX = canvasWidth / 2f;
    float centerY = canvasHeight / 2f;
    float radius = canvasWidth / 4f;
    RadialGradient radialGradient = new RadialGradient(centerX, centerY, radius, Color.GREEN, Color.BLUE, Shader.TileMode.MIRROR);
    paint.setShader(radialGradient);
    canvas.drawRect(0, 0, canvasWidth, canvasHeight, paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 9]

在上图中，我们绘制的矩形和Canvas大小一样大，其尺寸大于我们定义的RadialGradient的圆的尺寸。我们可以看到，当使用CLAMP作为TileMode时，颜色从圆心的绿色向圆周的蓝色渐变，在圆以外的空间都用edgeColor蓝色填充。

当我们把CLAMP改为REPEAT时，还是画同样的矩形，效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 10]

我们看到，颜色以绿色到蓝色作为一个渐变周期从圆心向外扩散。

当我们使用MIRROR作为TileMode时，还是画同样的矩形，效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 11]

我们看到，颜色以绿色->蓝色->绿色->蓝色…周期性地交替变换从圆心向外扩散。

在RadialGradient的第二个构造函数中可以通过参数colors传入多个颜色值进去，这样就会用colors数组中指定的颜色值一起进行颜色线性插值。还可以指定stops数组，该数组中每一个stop对应colors数组中每个颜色在半径中的相对位置，stop取值范围为\[0,1\]，0表示圆心位置，1表示圆周位置。如果stops数组为null，那么Android会自动为colors设置等间距的位置。

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# SweepGradient #

SweepGradient可以用来创建360度颜色旋转渐变效果，具体来说颜色是围绕中心点360度顺时针旋转的，起点就是3点钟位置。

SweepGradient有两个构造函数：

SweepGradient(float cx, float cy, int color0, int color1)
    
    SweepGradient(float cx, float cy, int[] colors, float[] positions)

SweepGradient不支持TileMode参数，我们先讲解第一个构造函数。

坐标(cx,cy)决定了中心点的位置，会绕着该中心点进行360度旋转。color0表示的是起点的颜色位置，color1表示的是终点的颜色位置。

代码如下所示：

int canvasWidth = canvas.getWidth();
    int canvasHeight = canvas.getHeight();
    float centerX = canvasWidth / 2f;
    float centerY = canvasHeight / 2f;
    float radius = canvasWidth / 4f;
    SweepGradient sweepGradient = new SweepGradient(centerX, centerY, Color.GREEN, Color.BLUE);
    paint.setShader(sweepGradient);
    canvas.drawCircle(centerX, centerY, radius, paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 12]

如上图所示，我们用canvas.drawCircle()方法绘制了一个圆形，将SweepGradient的中心点设置在该圆形的中心，我们可以看到颜色从3点钟位置处的绿色沿着顺时针360度旋转渐变到蓝色。

在SweepGradient的第二个构造函数中，我们可以传入一个colors颜色数组，这样Android就会根据传入的颜色数组一起进行颜色插值。还可以指定positions数组，该数组中每一个position对应colors数组中每个颜色在360度中的相对位置，position取值范围为\[0,1\]，0和1都表示3点钟位置，0.25表示6点钟位置，0.5表示9点钟位置，0.75表示12点钟位置，诸如此类。如果positions数组为null，那么Android会自动为colors设置等间距的位置。

代码如下所示：

int canvasWidth = canvas.getWidth();
    int canvasHeight = canvas.getHeight();
    float centerX = canvasWidth / 2f;
    float centerY = canvasHeight / 2f;
    float radius = canvasWidth / 4f;
    int[] colors = {Color.RED, Color.GREEN, Color.BLUE};
    float[] positions = {
       0f, 0.5f, 0f};
    SweepGradient sweepGradient = new SweepGradient(centerX, centerY, colors, positions);
    paint.setShader(sweepGradient);
    canvas.drawCircle(centerX, centerY, radius, paint);

效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 13]

在上面代码中，我们将红绿蓝三种颜色传入colors数组中，并通过positions数组指定其相对位置分别是0、0.5、1，所以红色是起点颜色，位于3点钟位置；绿色是中间颜色，位于9点钟位置；蓝色是终点颜色，也位于3点钟位置。

当然，起点颜色的位置不一定是0，终点颜色的位置也不一定是1，我们将positions数组改为如下所示：

float[] positions = {
       0.25f, 0.5f, 0.75f};

效果如下：

![这里写图片描述][SouthEast 14]

我们看到颜色的色彩比例发生变化。起始颜色红色的位置是0.25不是0，但是从3点钟位置起颜色就是红色。与其不同的是终止颜色蓝色，蓝色的位置是0.75不是1，其对应12点钟位置，从12点钟到3点钟这90度的空间都是透明的，没有被颜色填充，在使用时大家注意。

如果我们在此基础上绘制整个Canvas大小的矩形，效果如下所示：

![这里写图片描述][SouthEast 15]

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# ComposeShader #

ComposeShader，顾名思义，就是混合Shader的意思，它可以将两个Shader按照一定的[Xfermode][]组合起来。

ComposeShader有两个构造函数，如下所示：
    
    ComposeShader(Shader shaderA, Shader shaderB, Xfermode mode)
    
    ComposeShader(Shader shaderA, Shader shaderB, PorterDuff.Mode mode)

此处对Xfermode做一下简单介绍，Xfermode可以用于实现新绘制的像素与Canvas上对应位置已有的像素按照混合规则进行颜色混合。Xfermode有三个子类：AvoidXfermode, PixelXorXfermode和PorterDuffXfermode，其中前两个类现在被Android废弃了，现在主要用的是PorterDuffXfermode。PorterDuffXfermode的构造函数需要指定PorterDuff.Mode的类型。所以，上面的第二个构造函数可以看做是第一个构造函数的特例。我们主要讲解第二个，二者大同小异。

我们知道，在使用Xfermode的时候，存在目标像素DST和源像素SRC之说。源像素指的是将要向Canvas上绘制的像素，目标像素指的是源像素在Canvas上对应位置已经存在的像素。

构造函数中的shaderA对应着目标像素，shaderB对应着源像素。

有一点需要说明，ComposeShader这个类不是必须的，也就是我们不用这个类也能创造对应的效果，它类似于一个助手类，为我们实现某种效果提供了方便，下面举例说明。

我们有如下透明图片：

![这里写图片描述][SouthEast 16]

上面的图片是透明的，不过图片中有个心形图案是白色，不透明。  
我想让渐变颜色只填充上图中的❤形区域，透明部分不填充，颜色从绿色渐变到蓝色，渐变方向从左上角到右下角。我们不用ComposeShader即可实现上述效果，代码如下所示：

int bitmapWidth = bitmap.getWidth();
    int bitmapHeight = bitmap.getHeight();
    //将绘制代码放入到canvas.saveLayer()和canvas.restore()之间
    canvas.saveLayer(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, null, Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
        //创建BitmapShader，用以绘制❤形
        BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.CLAMP);
        //将BitmapShader作为画笔paint绘图所使用的shader
        paint.setShader(bitmapShader);
        //用BitmapShader绘制矩形
        canvas.drawRect(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, paint);
        //将画笔的Xfermode设置为PorterDuff.Mode.MULTIPLY模式
        paint.setXfermode(new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.MULTIPLY));
        //创建LinearGradient，用以产生从左上角到右下角的颜色渐变效果
        LinearGradient linearGradient = new LinearGradient(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, Color.GREEN, Color.BLUE, Shader.TileMode.CLAMP);
        //将创建LinearGradient作为画笔paint绘图所使用的shader
        paint.setShader(linearGradient);
        //用LinearGradient绘制矩形
        canvas.drawRect(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, paint);
        //最后将画笔去除掉Xfermode
        paint.setXfermode(null);
    canvas.restore();

效果如下所示：  
![这里写图片描述][SouthEast 17]

此处我们还是一起分析一下代码的执行过程。

1.  我们的图片中间的❤形区域是纯白色，该区域的像素颜色值ARGB分量是(255,255,255,255)。❤形区域以外的区域是纯透明的，该区域的像素颜色值ARGB分量是(0,0,0,0)。
2.  为了使用Xfermode，我们将绘图的代码放到了canvas.saveLayer()和canvas.restore()之间，对此有疑问的同学可以参见我上述提到的博文。canvas.saveLayer()会创建一个新的绘图图层，而且该图层是全透明的，我们后面的代码都是绘制到这个图层上，而不是直接绘制到Canvas上。
3.  我们用上述Bitmap创建了一个BitmapShader，并将其绑定到画笔Paint中。当我们用canvas.drawRect()绘制矩形时，就会用该BitmapShader填充，此时的效果应该是在新创建的layer上绘制了一个白色的心形。
4.  然后我们创建了一个PorterDuffXfermode的实例，并通过paint.setXfermode()将其绑定到画笔paint上。其中PorterDuffXfermode的mode类型为MULTIPLY。MULTIPLY的意思是将源像素的ARGB四个分量分别与目标像素对应的ARGB四个分量相乘，将相乘的结果作为混合后的像素。此处进行相乘时，ARGB四个分量都已经从\[0, 255\]的区间归一化到\[0.0, 1.0\]的区间。
5.  然后我们创建了一个LinearGradient，用以实现颜色线性渐变效果。颜色从左上角的绿色渐变到右下角的蓝色。然后我们通过paint.setShader()方法将其绑定到画笔paint的shader上。
6.  后面我们再次调用canvas.drawRect()绘制同样大小的一个矩形。在绘制时，我们的画笔已经同时绑定了Xfermode和Shader。首先canvas会用LinearGradient绘制一个具有渐变色的矩形区域。然后根据画笔设置的PorterDuff.Mode.MULTIPLY类型，将那些由渐变色填充的矩形区域中的像素与我们在第3步中绘制的心形图片中的像素颜色进行相乘混合。渐变色填充的矩形区域中的像素是源像素，第3步中绘制的心形图片中的像素是目标像素。目标像素中❤形区域是纯白色的，其像素颜色是(255,255,255,255)，归一化后的颜色是(1,1,1,1)，对应位置的源像素中的ARGB颜色分量与其相乘，最终的颜色还是源像素的颜色，即心形区域被源像素着上了渐变色。目标像素中❤形区域以外的颜色是纯透明的，颜色是(0,0,0,0)，对应位置的源像素中的ARGB颜色分量与其相乘，最终的颜色还是目标像素中的(0,0,0,0)，即心形区域以外没有被着色，依旧呈现透明色。
7.  最后通过调用canvas.restore()方法将新创建的layer绘制到Canvas上去，这样我们就看到最终的效果了。

下面我们看看如和用ComposeShader实现上述效果，代码如下所示：

int bitmapWidth = bitmap.getWidth();
    int bitmapHeight = bitmap.getHeight();
    //创建BitmapShader，用以绘制❤形
    BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.CLAMP);
    //创建LinearGradient，用以产生从左上角到右下角的颜色渐变效果
    LinearGradient linearGradient = new LinearGradient(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, Color.GREEN, Color.BLUE, Shader.TileMode.CLAMP);
    //bitmapShader对应目标像素，linearGradient对应源像素，像素颜色混合采用MULTIPLY模式
    ComposeShader composeShader = new ComposeShader(bitmapShader, linearGradient, PorterDuff.Mode.MULTIPLY);
    //将组合的composeShader作为画笔paint绘图所使用的shader
    paint.setShader(composeShader);
    //用composeShader绘制矩形区域
    canvas.drawRect(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, paint);

用ComposeShader实现的效果与上图相同，我就不再贴图了。我们可以看到，使用ComposeShader之后，实现相同的效果时，代码量明显减少了，而且我们也不需要将绘图代码放到canvas.saveLayer()和canvas.restore()之间了。

根据上面的示例，我们可以得出如下结论：  
假设我们定义了两个Shader的变量，shaderA和shaderB，并分别对这两个Shader进行了实例化。  
可以使用ComposeShader将二者组合使用，基本代码如下所示：

ComposeShader composeShader = new ComposeShader(shaderA, shaderB, porterDuffMode);
    paint.setShader(composeShader);
    canvas.drawXXX(..., paint);

上述代码等价于下面的代码片段：

canvas.saveLayer(left, top, right, bottom, null, Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
        paint.setShader(shaderA);
        canvas.drawXXX(..., paint);
        paint.setXfermode(new PorterDuffXfermode(mode));
        paint.setShader(shaderB);
        canvas.drawXXX(..., paint);
        paint.setXfermode(null);
    canvas.restore();

此处所说的以上两个代码片段等价的前提是，两个代码片段中的canvas.drawXXX(…, paint)方法中调用的drawXXX方法相同，并且里面传入的参数都相同，例如我们之前两段心形代码示例中都调用drawRect()方法且绘制的矩形的位置及尺寸都相同。

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本文转自：[http://blog.csdn.net/iispring/article/details/50500106][http_blog.csdn.net_iispring_article_details_50500106]

[SouthEast]: /images/20220601/b010b4c6c2d7443b99614a5cc51e166c.png
[SouthEast 1]: /images/20220601/27804f68a17b4e2584231c7ed02c7753.png
[SouthEast 2]: /images/20220601/feaaa9142e304edeb86260bdf8c4bca9.png
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[SouthEast 6]: /images/20220601/e0b983b294ad4ddfb8978a04ac502e75.png
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[Xfermode]: http://blog.csdn.net/zcn596785154/article/details/79214106
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[http_blog.csdn.net_iispring_article_details_50500106]: http://blog.csdn.net/iispring/article/details/50500106