绘图Canvas十八般武器之Shader详解及实战

Posted 2021-04-29 郭霖

今日科技快讯

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前言

android 中绘图离不开的就是 Canvas 了，Canvas 是一个庞大的知识体系，有Java层的，也有jni层深入到 Framework。Canvas 有许多的知识内容，构建了一个武器库一般，所谓十八般武艺是也，Paint 是 Canvas 的一个重要的合作伙伴，但今天要讲的不是 Canvas 也不是 Paint，而是与 Paint 相关的知识点 Shader.

什么是Shader

Shader 在英语辞典中被解释为着色器。查阅维基百科，有以下结论：

In the field of computer graphics, a shader is a computer program that is used to do shading: the production of appropriate levels of color within an image, or, in the modern era, also to produce special effects or do video post-processing. A definition in layperson’s terms might be given as “a program that tells a computer how to draw something in a specific and unique way.

在计算机图形领域，一个 Shader 是指一段用来着色的计算机程序，通常用来生成一张图片中适当等级的颜色值，或者是生成特殊的视觉效果，或者是对视频画面进行处理。对于非专业人士的角度来看，它可以被描述为–“一种告诉计算机怎么样通过某种特殊手段绘制一些图像的程序”。

看起来还是比较抽象难懂，但是我觉得正确理解它的定义是应该的，这能让我们真正写出非常高效的代码。

Android 中也有 Shader 的概念，对照上面的定义，它应该也是将图形画面产生某种特殊效果的一类东西。具体是不是这样的呢？我可以先告诉你答案–是的。

为了提高大家对 Shader 的兴趣，先让大家看看通过 Shader 得到的一些效果图片。

是不是挺有趣啊？如果你对这些感兴趣，请跟随我的节奏，看下面内容。

Android中Shader知识点

Shader

https://developer.android.google.cn/reference/android/graphics/Shader.html

Android中对 Shader 是这样解释的：

Shader 是一种基类对象，它在图形绘制过程中返回一段段颜色值，通过调用 Paint.setShader() 方法，可以将它的子类安装进画笔，这样 Paint 对象在绘制过程中所获取的颜色就是来自 Shader 对象。

上面提到了Shader的子类，Shader 有5个子类 BitmapShader, ComposeShader, LinearGradient, RadialGradient,SweepGradient。 本文的目的也是分别讲它的各个子类。

图片渲染器BitmapShader

BitmapShader 将一张图片当作纹理(在 OpenGL 中，纹理就是贴图的意思，可以理解为一个没有颜色的正方形被贴上了一张图片，这样视觉效果就是一张正方形的图片)来绘制。而这张图片可以通过设置 BitmapShader 的 tiling mode 来达到镜面和重复的效果。

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

上面是 BitmapShader 的构造方法。

• bitmap 是指纹理图片

• tileX 是指在X方向轴的 tiling mode

• tileY 是指在Y方向轴的 tiling mode

很多人可能有疑问，这个 TileMode 是什么？

神秘莫测的TileMode

什么是 TileMode 呢？ 事实上它只是一个枚举而已。它只有三个值。

Shader.TileMode CLAMP
Shader.TileMode MIRROR
Shader.TileMode REPEAT

CLAMP

它的意思当要绘制的区间大于图片纹理本身的区间时，多出来的空间位置将被纹理图片的边缘颜色填充。文字很难解释，我用图片来代替吧。原图如下：

原图的分辨率是562*336

我们编写一个自定义View – CustomView。然后在它的 onDraw() 方法中画一个矩形，并且设置画笔的 Shader 为 BitmapShader，Shader 的 tiling 模式为 CLAMP.代码如下：

大家现在只需要关注 mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.CLAMP);这行代码就可以了，剩下的呆会讲。

在 MainActivity 中的布局文件中，我们加入这个自定义View。

我们可以看到 CustomView 的宽占手机整个屏幕，高是 400dp.

我们在代码中以 CustomView 的宽高画一个矩形，并以上面的图片作为贴图纹理，效果如下：

好像和原图有点不一样？ 红框外面的是什么？我们把手机弄成横屏再看：

这次双不一样了！红框右边也和下边一个德行了

让我们把注意力回到 CLAMP 的定义。

它的意思当要绘制的区间大于图片纹理本身的区间时，多出来的空间位置将被纹理图片的边缘颜色填充。

结合例子看，这下应该能明白它的含义了吧。上面的例子中，如果贴图的纹理本身小于要绘制的区域，那么超出部分将会以边缘的颜色填充。所以就造成了上面的现象。大家可以细细体会一下。我们看下一个知识点。

MIRROR

这个模式能够让纹理以镜像的方式在X和Y方向复制。这个模式很容易理解大家看图。

这就是镜像的效果

REPEAT

它的作用是将图片纹理沿XY轴进行复制。什么意思？看图就懂，在这里，我要换一张图片，作为演示效果。 

然后代码如下：

哇噻！！！好多小狗狗。

大家有没有觉得Repeat模式特别有用呢？一张图就铺满整个空间。

混合双打

上面讲过的内容都是针对XY方向为同一种模式。能不能混合使用呢？

• X —-> CLAMP Y —-> MIRROR

mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.MIRROR);

狗狗看起来更忧伤了

• X —-> MIRROR Y —-> CLAMP

mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.MIRROR, Shader.TileMode.CLAMP);

有点恐怖是不是？

• X —-> CLAMP Y —-> REPEAT

mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.CLAMP, Shader.TileMode.REPEAT);

可以看到右边的部分拉伸了，然后上下复制同样的图像。

• X —-> REPEAT Y —-> CLAMP

mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.REPEAT, Shader.TileMode.CLAMP);

可以看到右边进行了复制，下面进行了拉伸。

• X —-> REPEAT Y —-> MIRROR

mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.REPEAT, Shader.TileMode.MIRROR);

右边的复制，下面的是镜像

• X —-> MIRROR Y —-> REPEAT

mShader = new BitmapShader(bmp, Shader.TileMode.MIRROR, Shader.TileMode.REPEAT);

右边的是镜像，下面的是上面图像的复制。

好了，TILEMODE讲完了，我们进入主题（感觉怪怪的，这篇文章不是讲TILEMODE的吗？）

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

我们再来回顾下它的构造方法，bitmap 是纹理图片，两个 TileMode 的参数对象我们也已经知道了含义与用法。现在我们来了解一下它的用法。

上面的代码是绘制一个圆形，然后用图片重复铺图。效果如下：

是不是很有感觉? 像自定义圆形图片控件效果一样。这小狗忧伤的让我想想起了张嘉佳的《从你的全世界路过》的梅茜和刘大黑。

我们再发散思维下圆形图像控件代码编写？

相信大家都知道，用可以设置先用canvas绘制一张图片，然后设置画笔的 XfermodePaint.setXfermode(new PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.SRC_IN)); 然后再绘制一个圆。

现在我们尝试用 BitmapShader 的方式去编写这么一个功能。思路：

1. 首先我们要确保这个自定义View是正方形的。

2. 我们以目标图片创建一个BitmapShader,然后设置进画笔。

3. 我们用设置好的画笔利用Canvas绘制一个圆形。

4. 关键一点，我们需要对原始的bitmap进行尺寸的调整，使得它的宽高至少要等于圆形的半径。

好了，编写代码：

效果图：

忧伤的小狗又出来了

更牛X的功能

我们已经知道怎么样通过 BitmapShader 去渲染一个矩形或者是圆形了，但它的神奇之处就在于此吗？

当然不是！ Shader 被称为着色器，它用来渲染物体。在 OPENGL 3d 世界中，纹理可以看作是光秃秃的模型的皮肤，它可以为正文体，圆球，甚至复杂的人像模型着色。而在 Canvas 的范畴内，Shader 肯定只是为了2d平面着色，除了矩形，圆形，它肯定还适用于三角形和其它多边形以及任何闭合的不规则图形，如何的图形称为不规则图形呢？

我想说文字算不算？看图说话： 

小狗狗的图像粘贴到文字上了。代码却十分的简单。

好了，讲完了，意犹未尽的感觉。

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