Android中Canvas繪圖之Shader使用圖文詳解

Android中Canvas繪圖之Shader使用圖文詳解

概述

我們在用Android中的Canvas繪制各種圖形時，可以通過Paint.setShader(shader)方法為畫筆Paint設置shader，這樣就可以繪制出多彩的圖形。那麼Shader是什麼呢？做過GPU繪圖的同學應該都知道這個詞匯，Shader就是著色器的意思。我們可以這樣理解，Canvas中的各種drawXXX方法定義了圖形的形狀，畫筆中的Shader則定義了圖形的著色、外觀，二者結合到一起就決定了最終Canvas繪制的被色彩填充的圖形的樣子。

類android.graphics.Shader有五個子類，分別是：BitmapShader、LinearGradient、RadialGradient、SweepGradient和ComposeShader，下面依次對這幾個類的使用分別說明。

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BitmapShader

BitmapShader，顧名思義，就是用Bitmap對繪制的圖形進行渲染著色，其實就是用圖片對圖形進行貼圖。

BitmapShader構造函數如下所示：

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

第一個參數是Bitmap對象，該Bitmap決定了用什麼圖片對繪制的圖形進行貼圖。

第二個參數和第三個參數都是Shader.TileMode類型的枚舉值，有以下三個取值：CLAMP 、REPEAT 和 MIRROR。

CLAMP
CLAMP表示，當所畫圖形的尺寸大於Bitmap的尺寸的時候，會用Bitmap四邊的顏色填充剩余空間。

我們有一個Bitmap，如下所示：
vce147SmtcTP8cvYtrzKx824w/e1xKGjPGJyIC8+DQrO0sPHyrnTw7jDQml0bWFwo6zR3cq+VGlsZU1vZGXOqkNMQU1QtcTQp7n7o6y0+sLryOfPwsv5yr6jujwvcD4NCjxwcmUgY2xhc3M9"brush:java;"> 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：

我們可以看到，由於我們所繪制的矩形矩形區域比Bitmap大，Bitmap就用右側邊和下側邊的最外層的顏色填充了矩形區域。由於原Bitmap右下角的像素是透明的，所以繪制的矩形的右下角就用透明填充了。

如果我們繪制的圖形尺寸小於Bitmap尺寸，那麼效果看起來就像是對原Bitmap裁剪了一下而已，代碼如下所示：

我們可以看到，當我們所繪制的圓形尺寸小於Bitmap尺寸的時候，看起來的效果就是我們用所繪制的圓形對Bitmap進行了裁剪。

REPEAT
REPEAT表示，當我們繪制的圖形尺寸大於Bitmap尺寸時，會用Bitmap重復平鋪整個繪制的區域。
示例代碼如下所示：

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：

MIRROR
與REPEAT類似，當繪制的圖形尺寸大於Bitmap尺寸時，MIRROR也會用Bitmap重復平鋪整個繪圖區域，與REPEAT不同的是，兩個相鄰的Bitmap互為鏡像。
代碼如下所示：

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：

最後需要說的是，在構造BitmapShader時，tileX和tileY可以取不同的值，二者不用非得一致。

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LinearGradient

我們可以用LinearGradient創建線性漸變效果，其有兩個構造函數：

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)

我們重點說一下第一個構造函數，在此基礎上理解第二個構造函數就很簡單了。

LinearGradient是用來創建線性漸變效果的，它是沿著某條直線的方向漸變的，坐標(x0,y0)就是這條漸變直線的起點，坐標(x1,y1)就是這條漸變直線的終點。需要說明的是，坐標(x0,y0)和坐標(x1,y1)都是Canvas繪圖坐標系中的坐標。color0和color1分別表示了漸變的起始顏色和終止顏色。與BitmapShader類似，LinearGradient也支持TileMode，有以下三個取值：CLAMP 、REPEAT 和 MIRROR。

使用代碼如下所示：

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：

上面我們使用了CLAMP，但是由於我們繪制的矩形與漸變位置的大小一樣大，所以CLAMP效果不明顯。

我們把繪制的區域變大，還是用CLAMP，這次繪制整個Canvas大小的矩形。

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

效果如下所示：

當我們把CLAMP改為REPEAT時，還是繪制整個Canvas大小的矩形，效果如下所示：

當我們用MIRROR繪制整個Canvas大小的矩形的時候，效果如下所示：

在LinearGradient的第二個構造函數中可以通過參數colors傳入多個顏色值進去，這樣就會用colors數組中指定的顏色值一起進行顏色線性插值。還可以指定positions數組，該數組中每一個position對應colors數組中每個顏色在線段中的相對位置，position取值范圍為[0,1]，0表示起始位置，1表示終止位置。如果positions數組為null，那麼Android會自動為colors設置等間距的位置。

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RadialGradient

我們可以用RadialGradient創建從中心向四周發散的輻射漸變效果，其有兩個構造函數：

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)

這兩個構造函數和LinearGradient的兩個構造函數很類似，我們此處還是重點講解第一個構造函數，在此基礎上理解第二個構造函數就很簡單了。

RadialGradient是用來創建從中心向四周發散的輻射漸變效果的，所以我們需要在其構造函數中傳入一些圓的參數，坐標(centerX,centerY)是圓心，即起始的中心顏色的位置，radius確定了圓的半徑，在圓的半徑處的顏色是edgeColor，這樣就確定了當位置從圓心移向圓的輪廓時，顏色逐漸從centerColor漸變到edgeColor。RadialGradient也支持TileMode參數，有以下三個取值：CLAMP 、REPEAT 和 MIRROR。

我們首先將CLAMP作為TileMode，代碼如下所示：

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：

在上圖中，我們繪制的矩形和Canvas大小一樣大，其尺寸大於我們定義的RadialGradient的圓的尺寸。我們可以看到，當使用CLAMP作為TileMode時，顏色從圓心的綠色向圓周的藍色漸變，在圓以外的空間都用edgeColor藍色填充。

當我們把CLAMP改為REPEAT時，還是畫同樣的矩形，效果如下所示：

我們看到，顏色以綠色到藍色作為一個漸變周期從圓心向外擴散。

當我們使用MIRROR作為TileMode時，還是畫同樣的矩形，效果如下所示：

我們看到，顏色以綠色->藍色->綠色->藍色…周期性地交替變換從圓心向外擴散。

在RadialGradient的第二個構造函數中可以通過參數colors傳入多個顏色值進去，這樣就會用colors數組中指定的顏色值一起進行顏色線性插值。還可以指定stops數組，該數組中每一個stop對應colors數組中每個顏色在半徑中的相對位置，stop取值范圍為[0,1]，0表示圓心位置，1表示圓周位置。如果stops數組為null，那麼Android會自動為colors設置等間距的位置。

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SweepGradient

SweepGradient可以用來創建360度顏色旋轉漸變效果，具體來說顏色是圍繞中心點360度順時針旋轉的，起點就是3點鐘位置。

SweepGradient有兩個構造函數：

SweepGradient(float cx, float cy, int color0, int color1)

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

SweepGradient不支持TileMode參數，我們先講解第一個構造函數。

坐標(cx,cy)決定了中心點的位置，會繞著該中心點進行360度旋轉。color0表示的是起點的顏色位置，color1表示的是終點的顏色位置。

代碼如下所示：

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：

如上圖所示，我們用canvas.drawCircle()方法繪制了一個圓形，將SweepGradient的中心點設置在該圓形的中心，我們可以看到顏色從3點鐘位置處的綠色沿著順時針360度旋轉漸變到藍色。

在SweepGradient的第二個構造函數中，我們可以傳入一個colors顏色數組，這樣Android就會根據傳入的顏色數組一起進行顏色插值。還可以指定positions數組，該數組中每一個position對應colors數組中每個顏色在360度中的相對位置，position取值范圍為[0,1]，0和1都表示3點鐘位置，0.25表示6點鐘位置，0.5表示9點鐘位置，0.75表示12點鐘位置，諸如此類。如果positions數組為null，那麼Android會自動為colors設置等間距的位置。

代碼如下所示：

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：

在上面代碼中，我們將紅綠藍三種顏色傳入colors數組中，並通過positions數組指定其相對位置分別是0、0.5、1，所以紅色是起點顏色，位於3點鐘位置；綠色是中間顏色，位於9點鐘位置；藍色是終點顏色，也位於3點鐘位置。

當然，起點顏色的位置不一定是0，終點顏色的位置也不一定是1，我們將positions數組改為如下所示：

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

效果如下：

我們看到顏色的色彩比例發生變化。起始顏色紅色的位置是0.25不是0，但是從3點鐘位置起顏色就是紅色。與其不同的是終止顏色藍色，藍色的位置是0.75不是1，其對應12點鐘位置，從12點鐘到3點鐘這90度的空間都是透明的，沒有被顏色填充，在使用時大家注意。

如果我們在此基礎上繪制整個Canvas大小的矩形，效果如下所示：

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ComposeShader

ComposeShader，顧名思義，就是混合Shader的意思，它可以將兩個Shader按照一定的Xfermode組合起來。

ComposeShader有兩個構造函數，如下所示：

ComposeShader(Shader shaderA, Shader shaderB, Xfermode mode)

ComposeShader(Shader shaderA, Shader shaderB, PorterDuff.Mode mode)

此處對Xfermode做一下簡單介紹，Xfermode可以用於實現新繪制的像素與Canvas上對應位置已有的像素按照混合規則進行顏色混合。Xfermode有三個子類：AvoidXfermode, PixelXorXfermode和PorterDuffXfermode，其中前兩個類現在被Android廢棄了，現在主要用的是PorterDuffXfermode。PorterDuffXfermode的構造函數需要指定PorterDuff.Mode的類型。所以，上面的第二個構造函數可以看做是第一個構造函數的特例。我們主要講解第二個，二者大同小異。

我們知道，在使用Xfermode的時候，存在目標像素DST和源像素SRC之說。源像素指的是將要向Canvas上繪制的像素，目標像素指的是源像素在Canvas上對應位置已經存在的像素。

構造函數中的shaderA對應著目標像素，shaderB對應著源像素。

有一點需要說明，ComposeShader這個類不是必須的，也就是我們不用這個類也能創造對應的效果，它類似於一個助手類，為我們實現某種效果提供了方便，下面舉例說明。

我們有如下透明圖片：

上面的圖片是透明的，不過圖片中有個心形圖案是白色，不透明。
我想讓漸變顏色只填充上圖中的?形區域，透明部分不填充，顏色從綠色漸變到藍色，漸變方向從左上角到右下角。我們不用ComposeShader即可實現上述效果，代碼如下所示：

int bitmapWidth = bitmap.getWidth();
int bitmapHeight = bitmap.getHeight();
//將繪制代碼放入到canvas.saveLayer()和canvas.restore()之間
canvas.saveLayer(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, null, Canvas.ALL_SAVE_FLAG);
    //創建BitmapShader，用以繪制?形
    BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.CLAMP);
    //將BitmapShader作為畫筆paint繪圖所使用的shader
    paint.setShader(bitmapShader);
    //用BitmapShader繪制矩形
    canvas.drawRect(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, paint);
    //將畫筆的Xfermode設置為PorterDuff.Mode.MULTIPLY模式
    paint.setXfermode(new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.MULTIPLY));
    //創建LinearGradient，用以產生從左上角到右下角的顏色漸變效果
    LinearGradient linearGradient = new LinearGradient(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, Color.GREEN, Color.BLUE, Shader.TileMode.CLAMP);
    //將創建LinearGradient作為畫筆paint繪圖所使用的shader
    paint.setShader(linearGradient);
    //用LinearGradient繪制矩形
    canvas.drawRect(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, paint);
    //最後將畫筆去除掉Xfermode
    paint.setXfermode(null);
canvas.restore();

效果如下所示：

此處我們還是一起分析一下代碼的執行過程。

我們的圖片中間的?形區域是純白色，該區域的像素顏色值ARGB分量是(255,255,255,255)。?形區域以外的區域是純透明的，該區域的像素顏色值ARGB分量是(0,0,0,0)。

為了使用Xfermode，我們將繪圖的代碼放到了canvas.saveLayer()和canvas.restore()之間，對此有疑問的同學可以參見我上述提到的博文。canvas.saveLayer()會創建一個新的繪圖圖層，而且該圖層是全透明的，我們後面的代碼都是繪制到這個圖層上，而不是直接繪制到Canvas上。

我們用上述Bitmap創建了一個BitmapShader，並將其綁定到畫筆Paint中。當我們用canvas.drawRect()繪制矩形時，就會用該BitmapShader填充，此時的效果應該是在新創建的layer上繪制了一個白色的心形。

然後我們創建了一個PorterDuffXfermode的實例，並通過paint.setXfermode()將其綁定到畫筆paint上。其中PorterDuffXfermode的mode類型為MULTIPLY。MULTIPLY的意思是將源像素的ARGB四個分量分別與目標像素對應的ARGB四個分量相乘，將相乘的結果作為混合後的像素。此處進行相乘時，ARGB四個分量都已經從[0, 255]的區間歸一化到[0.0, 1.0]的區間。

然後我們創建了一個LinearGradient，用以實現顏色線性漸變效果。顏色從左上角的綠色漸變到右下角的藍色。然後我們通過paint.setShader()方法將其綁定到畫筆paint的shader上。

後面我們再次調用canvas.drawRect()繪制同樣大小的一個矩形。在繪制時，我們的畫筆已經同時綁定了Xfermode和Shader。首先canvas會用LinearGradient繪制一個具有漸變色的矩形區域。然後根據畫筆設置的PorterDuff.Mode.MULTIPLY類型，將那些由漸變色填充的矩形區域中的像素與我們在第3步中繪制的心形圖片中的像素顏色進行相乘混合。漸變色填充的矩形區域中的像素是源像素，第3步中繪制的心形圖片中的像素是目標像素。目標像素中?形區域是純白色的，其像素顏色是(255,255,255,255)，歸一化後的顏色是(1,1,1,1)，對應位置的源像素中的ARGB顏色分量與其相乘，最終的顏色還是源像素的顏色，即心形區域被源像素著上了漸變色。目標像素中?形區域以外的顏色是純透明的，顏色是(0,0,0,0)，對應位置的源像素中的ARGB顏色分量與其相乘，最終的顏色還是目標像素中的(0,0,0,0)，即心形區域以外沒有被著色，依舊呈現透明色。

最後通過調用canvas.restore()方法將新創建的layer繪制到Canvas上去，這樣我們就看到最終的效果了。

下面我們看看如和用ComposeShader實現上述效果，代碼如下所示：

int bitmapWidth = bitmap.getWidth();
int bitmapHeight = bitmap.getHeight();
//創建BitmapShader，用以繪制?形
BitmapShader bitmapShader = new BitmapShader(bitmap, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.CLAMP);
//創建LinearGradient，用以產生從左上角到右下角的顏色漸變效果
LinearGradient linearGradient = new LinearGradient(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, Color.GREEN, Color.BLUE, Shader.TileMode.CLAMP);
//bitmapShader對應目標像素，linearGradient對應源像素，像素顏色混合采用MULTIPLY模式
ComposeShader composeShader = new ComposeShader(bitmapShader, linearGradient, PorterDuff.Mode.MULTIPLY);
//將組合的composeShader作為畫筆paint繪圖所使用的shader
paint.setShader(composeShader);
//用composeShader繪制矩形區域
canvas.drawRect(0, 0, bitmapWidth, bitmapHeight, paint);

用ComposeShader實現的效果與上圖相同，我就不再貼圖了。我們可以看到，使用ComposeShader之後，實現相同的效果時，代碼量明顯減少了，而且我們也不需要將繪圖代碼放到canvas.saveLayer()和canvas.restore()之間了。

根據上面的示例，我們可以得出如下結論：
假設我們定義了兩個Shader的變量，shaderA和shaderB，並分別對這兩個Shader進行了實例化。
可以使用ComposeShader將二者組合使用，基本代碼如下所示：

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

上述代碼等價於下面的代碼片段：

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();

此處所說的以上兩個代碼片段等價的前提是，兩個代碼片段中的canvas.drawXXX(…, paint)方法中調用的drawXXX方法相同，並且裡面傳入的參數都相同，例如我們之前兩段心形代碼示例中都調用drawRect()方法且繪制的矩形的位置及尺寸都相同。

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總結

本文依次介紹了Shader的五個子類：BitmapShader、LinearGradient、RadialGradient、SweepGradient和ComposeShader。並在最後對ComposeShader這個相對復雜的示例進行了講解，如果大家能看明白最後ComposeShader這個示例，相信大家已經對Shader理解地比較透徹了。

如果覺得文章還可以，點擊下面幫我頂一下，希望本文對大家使用Shader進行繪圖有所幫助！