50自定义View练习高仿小米时钟-使用Camera和Matrix实现3D效果

Posted 2020-08-28 猴菇同学

*本篇文章已授权微信公众号 guolin_blog （郭霖）独家发布

本文出自：猴菇先生的博客
http://blog.csdn.net/qq_31715429/article/details/54668668

继续练习自定义View。。毕竟熟才能生巧。一直觉得小米的时钟很精美，那这次就搞它~这次除了练习自定义View，还涉及到使用Camera和Matrix实现3D效果。

附上github地址：
https://github.com/MonkeyMushroom/MiClockView
欢迎star~

一个这样的效果，在绘制的时候最好选择一个方向一步一步的绘制，这里我选择由外到内、由深到浅的方向来绘制，代码步骤如下：

1、首先老一套~新建attrs.xml文件，编写自定义属性如时钟背景色、亮色（用于分针、秒针、渐变终止色）、暗色（圆弧、刻度线、时针、渐变起始色），新建MiClockView继承View，重写构造方法，获取自定义属性值，初始化Paint、Path以及画圆、弧需要的RectF等东东，重写onMeasure计算宽高，这里不再啰嗦~刚开始学自定义View的同学建议从我的前几篇博客看起

2、由于onSizeChanged方法在构造方法、onMeasure之后，又在onDraw之前，此时已经完成全局变量初始化，也得到了控件的宽高，所以可以在这个方法中确定一些与宽高有关的数值，比如这个View的半径啊、padding值等，方便绘制的时候计算大小和位置：

@Override
protected void onSizeChanged(int w, int h, int oldw, int oldh) {
    super.onSizeChanged(w, h, oldw, oldh);
    //宽和高分别去掉padding值，取min的一半即表盘的半径
    mRadius = Math.min(w - getPaddingLeft() - getPaddingRight(),
            h - getPaddingTop() - getPaddingBottom()) / 2;
    //加一个默认的padding值，为了防止用camera旋转时钟时造成四周超出view大小
    mDefaultPadding = 0.12f * mRadius;//根据比例确定默认padding大小
    //为了适配控件大小match_parent、wrap_content、精确数值以及padding属性
    mPaddingLeft = mDefaultPadding + w / 2 - mRadius + getPaddingLeft();
    mPaddingTop = mDefaultPadding + h / 2 - mRadius + getPaddingTop();
    mPaddingRight = mPaddingLeft;
    mPaddingBottom = mPaddingTop;
    mScaleLength = 0.12f * mRadius;//根据比例确定刻度线长度
    mScaleArcPaint.setStrokeWidth(mScaleLength);//刻度盘的弧宽
    mScaleLinePaint.setStrokeWidth(0.012f * mRadius);//刻度线的宽度
    //梯度扫描渐变，以(w/2,h/2)为中心点，两种起止颜色梯度渐变
    //float数组表示，[0,0.75)为起始颜色所占比例，[0.75,1}为起止颜色渐变所占比例
    mSweepGradient = new SweepGradient(w / 2, h / 2,
            new int[]{mDarkColor, mLightColor}, new float[]{0.75f, 1});
}

3、准备工作做的差不多了，那就开始绘制，根据方向我先确定最外层的小时时间文本的位置及其旁边的四个弧：

注意两位数字的宽度和一位数的宽度是不一样的，在计算的时候一定要注意

    String timeText = "12";
    mTextPaint.getTextBounds(timeText, 0, timeText.length(), mTextRect);
    int textLargeWidth = mTextRect.width();//两位数字的宽
    mCanvas.drawText("12", getWidth() / 2 - textLargeWidth / 2, mPaddingTop + mTextRect.height(), mTextPaint);
    timeText = "3";
    mTextPaint.getTextBounds(timeText, 0, timeText.length(), mTextRect);
    int textSmallWidth = mTextRect.width();//一位数字的宽
    mCanvas.drawText("3", getWidth() - mPaddingRight - mTextRect.height() / 2 - textSmallWidth / 2,
            getHeight() / 2 + mTextRect.height() / 2, mTextPaint);
    mCanvas.drawText("6", getWidth() / 2 - textSmallWidth / 2, getHeight() - mPaddingBottom, mTextPaint);
    mCanvas.drawText("9", mPaddingLeft + mTextRect.height() / 2 - textSmallWidth / 2,
            getHeight() / 2 + mTextRect.height() / 2, mTextPaint);

我计算文本的宽高一般采用的方法是，new一个Rect，然后再绘制时调用

mTextPaint.getTextBounds(timeText, 0, timeText.length(), mTextRect);

将这个文本的范围赋值给这个mTextRect，此时mTextRect.width()就是这段文本的宽，mTextRect.height()就是这段文本的高。

画文本旁边的四个弧：

mCircleRectF.set(mPaddingLeft + mTextRect.height() / 2 + mCircleStrokeWidth / 2,
        mPaddingTop + mTextRect.height() / 2 + mCircleStrokeWidth / 2,
        getWidth() - mPaddingRight - mTextRect.height() / 2 + mCircleStrokeWidth / 2,
        getHeight() - mPaddingBottom - mTextRect.height() / 2 + mCircleStrokeWidth / 2);
for (int i = 0; i < 4; i++) {
    mCanvas.drawArc(mCircleRectF, 5 + 90 * i, 80, false, mCirclePaint);
}

计算圆弧外接矩形的范围别忘了加上圆弧线宽的一半

4、再往里是刻度盘，画这个刻度盘的思路是现在底层画一个mScaleLength宽度的圆，并设置SweepGradient渐变，上面再画一圈背景色的刻度线。获得SweepGradient的Matrix对象，通过不断旋转mGradientMatrix的角度实现刻度盘的旋转效果：

/**
 * 画一圈梯度渲染的亮暗色渐变圆弧，重绘时不断旋转，上面盖一圈背景色的刻度线
 */
private void drawScaleLine() {
    mScaleArcRectF.set(mPaddingLeft + 1.5f * mScaleLength + mTextRect.height() / 2,
            mPaddingTop + 1.5f * mScaleLength + mTextRect.height() / 2,
            getWidth() - mPaddingRight - mTextRect.height() / 2 - 1.5f * mScaleLength,
            getHeight() - mPaddingBottom - mTextRect.height() / 2 - 1.5f * mScaleLength);

    //matrix默认会在三点钟方向开始颜色的渐变，为了吻合
    //钟表十二点钟顺时针旋转的方向，把秒针旋转的角度减去90度
    mGradientMatrix.setRotate(mSecondDegree - 90, getWidth() / 2, getHeight() / 2);
    mSweepGradient.setLocalMatrix(mGradientMatrix);
    mScaleArcPaint.setShader(mSweepGradient);
    mCanvas.drawArc(mScaleArcRectF, 0, 360, false, mScaleArcPaint);
    //画背景色刻度线
    mCanvas.save();
    for (int i = 0; i < 200; i++) {
        mCanvas.drawLine(getWidth() / 2, mPaddingTop + mScaleLength + mTextRect.height() / 2,
                getWidth() / 2, mPaddingTop + 2 * mScaleLength + mTextRect.height() / 2, mScaleLinePaint);
        mCanvas.rotate(1.8f, getWidth() / 2, getHeight() / 2);
    }
    mCanvas.restore();
}

这里有一个全局变量mSecondDegree，即秒针旋转的角度，需要根据当前时间动态获取：

/**
 * 获取当前 时分秒 所对应的角度
 * 为了不让秒针走得像老式挂钟一样僵硬，需要精确到毫秒
 */
private void getTimeDegree() {
    Calendar calendar = Calendar.getInstance();
    float milliSecond = calendar.get(Calendar.MILLISECOND);
    float second = calendar.get(Calendar.SECOND) + milliSecond / 1000;
    float minute = calendar.get(Calendar.MINUTE) + second / 60;
    float hour = calendar.get(Calendar.HOUR) + minute / 60;
    mSecondDegree = second / 60 * 360;
    mMinuteDegree = minute / 60 * 360;
    mHourDegree = hour / 12 * 360;
}

5、然后就是画秒针，用Path绘制一个指向12点钟的三角形，通过不断旋转画布实现秒针的旋转：

/**
 * 画秒针，根据不断变化的秒针角度旋转画布
 */
private void drawSecondHand() {
    mCanvas.save();
    mCanvas.rotate(mSecondDegree, getWidth() / 2, getHeight() / 2);
    mSecondHandPath.reset();
    float offset = mPaddingTop + mTextRect.height() / 2;
    mSecondHandPath.moveTo(getWidth() / 2, offset + 0.27f * mRadius);
    mSecondHandPath.lineTo(getWidth() / 2 - 0.05f * mRadius, offset + 0.35f * mRadius);
    mSecondHandPath.lineTo(getWidth() / 2 + 0.05f * mRadius, offset + 0.35f * mRadius);
    mSecondHandPath.close();
    mSecondHandPaint.setColor(mLightColor);
    mCanvas.drawPath(mSecondHandPath, mSecondHandPaint);
    mCanvas.restore();
}

6、看实现图，时针在分针之下并且比分针颜色浅，那我就先画时针，仍然是Path，并且针头为圆弧状，那么就用二阶贝赛尔曲线，路径为moveTo( A),lineTo(B),quadTo(C,D),lineTo(E),close.

/**
 * 画时针，根据不断变化的时针角度旋转画布
 * 针头为圆弧状，使用二阶贝塞尔曲线
 */
private void drawHourHand() {
    mCanvas.save();
    mCanvas.rotate(mHourDegree, getWidth() / 2, getHeight() / 2);
    mHourHandPath.reset();
    float offset = mPaddingTop + mTextRect.height() / 2;
    mHourHandPath.moveTo(getWidth() / 2 - 0.02f * mRadius, getHeight() / 2);
    mHourHandPath.lineTo(getWidth() / 2 - 0.01f * mRadius, offset + 0.5f * mRadius);
    mHourHandPath.quadTo(getWidth() / 2, offset + 0.48f * mRadius,
            getWidth() / 2 + 0.01f * mRadius, offset + 0.5f * mRadius);
    mHourHandPath.lineTo(getWidth() / 2 + 0.02f * mRadius, getHeight() / 2);
    mHourHandPath.close();
    mCanvas.drawPath(mHourHandPath, mHourHandPaint);
    mCanvas.restore();
}

7、然后是分针，按照时针的思路：

/**
 * 画分针，根据不断变化的分针角度旋转画布
 */
private void drawMinuteHand() {
    mCanvas.save();
    mCanvas.rotate(mMinuteDegree, getWidth() / 2, getHeight() / 2);
    mMinuteHandPath.reset();
    float offset = mPaddingTop + mTextRect.height() / 2;
    mMinuteHandPath.moveTo(getWidth() / 2 - 0.01f * mRadius, getHeight() / 2);
    mMinuteHandPath.lineTo(getWidth() / 2 - 0.008f * mRadius, offset + 0.38f * mRadius);
    mMinuteHandPath.quadTo(getWidth() / 2, offset + 0.36f * mRadius,
            getWidth() / 2 + 0.008f * mRadius, offset + 0.38f * mRadius);
    mMinuteHandPath.lineTo(getWidth() / 2 + 0.01f * mRadius, getHeight() / 2);
    mMinuteHandPath.close();
    mCanvas.drawPath(mMinuteHandPath, mMinuteHandPaint);
    mCanvas.restore();
}

8、最后由于path是close的，所以干脆画两个圆盖在上面：

/**
 * 画指针的连接圆圈，盖住指针path在圆心的连接线
 */
private void drawCoverCircle() {
    mCanvas.drawCircle(getWidth() / 2, getHeight() / 2, 0.05f * mRadius, mSecondHandPaint);
    mSecondHandPaint.setColor(mBackgroundColor);
    mCanvas.drawCircle(getWidth() / 2, getHeight() / 2, 0.025f * mRadius, mSecondHandPaint);
}

9、终于画完了，onDraw部分就是这样

@Override
protected void onDraw(Canvas canvas) {
    mCanvas = canvas;
    getTimeDegree();
    drawTimeText();
    drawScaleLine();
    drawSecondHand();
    drawHourHand();
    drawMinuteHand();
    drawCoverCircle();
    invalidate();
}

绘制的时候，尤其是像这样圆形view，灵活运用

canvas.save();
canvas.rotate(mDegree, mCenterX, mCenterY);
<!-- draw something -->
canvas.restore();

这一套组合拳可以减少不少三角函数、角度弧度相关的计算。

10、辣么接下来就是如何实现触摸使钟表3D旋转
借助Camera类和Matrix类，在构造方法中：

Matrix mCameraMatrix = new Matrix();
Camera mCamera = new Camera();

/**
 * 设置3D时钟效果，触摸矩阵的相关设置、照相机的旋转大小
 * 应用在绘制图形之前，否则无效
 *
 * @param rotateX 绕X轴旋转的大小
 * @param rotateY 绕Y轴旋转的大小
 */
private void setCameraRotate(float rotateX, float rotateY) {
    mCameraMatrix.reset();
    mCamera.save();
    mCamera.rotateX(mCameraRotateX);//绕x轴旋转角度
    mCamera.rotateY(mCameraRotateY);//绕y轴旋转角度
    mCamera.getMatrix(mCameraMatrix);//相关属性设置到matrix中
    mCamera.restore();
    //camera在view左上角那个点，故旋转默认是以左上角为中心旋转
    //故在动作之前pre将matrix向左移动getWidth()/2长度，向上移动getHeight()/2长度
    mCameraMatrix.preTranslate(-getWidth() / 2, -getHeight() / 2);
    //在动作之后post再回到原位
    mCameraMatrix.postTranslate(getWidth() / 2, getHeight() / 2);
    mCanvas.concat(mCameraMatrix);//matrix与canvas相关联
}

这段代码除了camera的旋转、平移、缩放之类的操作之外，剩下的代码一般是固定的

全局变量mCameraRotateX和mCameraRotateY应该与此时手指触摸坐标相关联动态获取：

@Override
public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
    switch (event.getAction()) {
        case MotionEvent.ACTION_DOWN:
            getCameraRotate(event);
            break;
        case MotionEvent.ACTION_MOVE:
            //根据手指坐标计算camera应该旋转的大小
            getCameraRotate(event);
            break;
    }
    return true;
}

/**
 * 获取camera旋转的大小
 */
private void getCameraRotate(MotionEvent event) {
    if (mShakeAnim != null && mShakeAnim.isRunning()) {
        mShakeAnim.cancel();
    }
    float rotateX = -(event.getY() - getHeight() / 2);
    float rotateY = (event.getX() - getWidth() / 2);
    //求出此时旋转的大小与半径之比
    float percentX = rotateX / mRadius;
    float percentY = rotateY / mRadius;
    if (percentX > 1) {
        percentX = 1;
    } else if (percentX < -1) {
        percentX = -1;
    }
    if (percentY > 1) {
        percentY = 1;
    } else if (percentY < -1) {
        percentY = -1;
    }
    //最终旋转的大小按比例匀称改变
    mCameraRotateX = percentX * mMaxCameraRotate;
    mCameraRotateY = percentY * mMaxCameraRotate;
}

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解释一下camera旋转角度为啥介么算：

    float rotateX = -(event.getY() - getHeight() / 2);
    float rotateY = (event.getX() - getWidth() / 2);

是这样的，当camer.rotateX(x)的x为正时，图像绕X轴上半部分向里下半部分向外旋转，也就是手指触摸点就要往上移。这个x就会与event.getY()的值有关，x越大，绕X轴旋转角度越大，以圆心为原点，往上event.getY() - getHeight() / 2的值为负，故 float rotateX = -(event.getY() - getHeight() / 2)；

而对于camer.rotateY(y)的y为正时，图像绕Y轴右半部分向里左半部分向外旋转，也就是手指触摸点就要往右移。这个y就会与event.getX()的值有关，y越大，绕Y轴旋转角度越大，以圆心为原点，往上event.getX() - getWidth() / 2的值为正，故 float rotateY = event.getX() - getWidth() / 2。

其他情况大家可以试一下，百度一下camera的坐标以及它的旋转是怎么转的~

---

11、最后在onTouchEvent中松开手指时加一个复原并晃动的动画

case MotionEvent.ACTION_UP:
    //松开手指，时钟复原并伴随晃动动画
    startShakeAnim();
    break;

/**
 * 使用OvershootInterpolator完成时钟晃动动画
 */
private void startShakeAnim() {
    final String cameraRotateXName = "cameraRotateX";
    final String cameraRotateYName = "cameraRotateY";
    PropertyValuesHolder cameraRotateXHolder =
            PropertyValuesHolder.ofFloat(cameraRotateXName, mCameraRotateX, 0);
    PropertyValuesHolder cameraRotateYHolder =
            PropertyValuesHolder.ofFloat(cameraRotateYName, mCameraRotateY, 0);
    mShakeAnim = ValueAnimator.ofPropertyValuesHolder(cameraRotateXHolder, cameraRotateYHolder);
    mShakeAnim.setInterpolator(new OvershootInterpolator(10));
    mShakeAnim.setDuration(500);
    mShakeAnim.addUpdateListener(new ValueAnimator.AnimatorUpdateListener() {
        @Override
        public void onAnimationUpdate(ValueAnimator animation) {
            mCameraRotateX = (float) animation.getAnimatedValue(cameraRotateXName);
            mCameraRotateY = (float) animation.getAnimatedValue(cameraRotateYName);
        }
    });
    mShakeAnim.start();
}

终于写完了，这个MiClockView适配也做的差不多了，时间也是同步的手机时间，一般可以拿来就用了~

后来

额，经过我的细心观察。。发现拨动时钟时，时针、分针、秒针和刻度盘会有一个较小的偏移量，形成有层次的、近大远小的立体偏移效果。。本来打算用 matrix 和 camera 的 mCamera.translate(x, y, z) 方法改变 z 的值，随着z值增大，原先计算好的大小只会变小，并不会层叠偏移。。所以就随着手指移动动态计算位移距离，然后在 onDraw()的绘制不同零件的方法中不断 mCanvas.translate(x, y) 达到类似立体偏移的效果。

源码奉上：https://github.com/MonkeyMushroom/MiClockView
欢迎star~