Android：使用drawBitmapMesh方法产生水波(一)

kotlin android no
作者：陈小默

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前言：这篇博客并没有什么好看的，众爱卿都退下吧

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一、认识Canvas.drawBitmapMesh

Mesh的含义是“网格”，也就是说它将整个Bitmap分成若干个网格，再对每一个网格进行相应的扭曲处理。至于其具体是怎么运作的，我们边做边说。by：陈小默

1.1 创建一个View

class RippleView : View {
    constructor(context: Context?) : super(context)
    constructor(context: Context?, attrs: AttributeSet?) : super(context, attrs)
    constructor(context: Context?, attrs: AttributeSet?, defStyleAttr: Int) : super(context, attrs, defStyleAttr)
}

当View创建完成后，我们将其添加到布局文件中

    <com.cccxm.ripple.RippleView
        android:id="@+id/mRippleView"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent" />

目前为止我们只是创建了一个空的View，什么也没有做，下一步，我们让他能显示图片

1.2 显示图片

接下来，我们给View设置一个类型为Bitmap的属性，并添加一个Set方法

var background: Bitmap? = null
        set(value) {
            field = value
            invalidate()
        }

当然，如果我们想显示这个图片的话，就必须重写onDraw()方法

    private val paint = Paint()
    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        background?:return
        canvas.drawBitmap(background,0F,0F,paint)
    }

接下来我们在MainActivity的onCreate方法给View设置图片

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        mRippleView.background = BitmapFactory.decodeResource(resources, R.drawable.bac)
    }

1.3 初识网格扭曲原理

现在，我们看一下网格扭曲需要的参数

public void drawBitmapMesh(Bitmap bitmap, int meshWidth, int meshHeight,
            float[] verts, int vertOffset, int[] colors, int colorOffset,
            Paint paint) 

这里重点介绍meshWidth、meshHeight、verts三个参数。

• meshWidth：网格的宽，这里指的是这个Bitmap横向被分割成多少份
• meshHeight：网格的高，这里指的是这个Bitmap被纵向分割成多少份
• verts：这是一个数组，里面存放的是需要显示的网格的坐标(后面详细介绍)

上述图片表示的是meshWidth=4；meshHeight=9，也就是说这张图片被划分成了36份，那么，verts里存放的又是什么？请看下图

这里所有红色圈圈住的(只标注了几个，其他的没有画，主要是怕密恐狗投诉)，从这里看出verts里存放的是每一个分割线焦点的坐标，包括屏幕边缘。所以verts数组的大小为二倍的网格宽加一*网格高加一

$$2*(meshWidth+1)*(meshHeight+1)$$ 为什么要乘2？因为坐标是以(x,y)形式成对存在的。
当我们调用扭曲方法时，其会从verts中依次取出各个坐标值，与原始坐标值比对，假如有原始坐标值为(10,10)，但是verts中对应位置(比如数组中的第10，11位)的坐标值为(20,20)，那么其就会通过一定的方法将(20,20)坐标附近的像素扭曲到(10,10)坐标附近。如下图所示(画图略丑，轻吐槽)

1.4 实践扭曲效果

通过1.3 节的讲述，应该已经知道了扭曲的基本原理，接下来我们通过一个简单的小实验来看一下扭曲的效果
首先，声明我们需要将图片分割为横30格，竖30格，和我们存储坐标的数组

    private val WIDTH = 30
    private val HEIGHT = 30
    private val COUNT = (WIDTH + 1) * (HEIGHT + 1)
    private val verts = FloatArray(COUNT * 2)
    private val orig = FloatArray(COUNT * 2)

解释一下orig的作用，在这里我们声明了一个和verts一样的数组，里面存储的是图片原始的焦点与坐标对应的关系，如果没有这个数组当我们修改verts造成扭曲效果之后就无法复原了。

接下来，我们在设置图片的set方法中给数组赋值

var background: Bitmap? = null
        set(value) {
            field = value
            invalidate()
            val bitmapWidth = field!!.width.toFloat()
            val bitmapHeight = field!!.height.toFloat()
            var index = 0
            for (y in 0..HEIGHT) {
                val fy = bitmapHeight * y / HEIGHT
                for (x in 0..WIDTH) {
                    val fx = bitmapWidth * x / WIDTH
                    verts[index * 2 + 0] = fx
                    orig[index * 2 + 0] = fx
                    verts[index * 2 + 1] = fy
                    orig[index * 2 + 1] = fy
                    index++
                }
            }
        }

现在我们需要一个warp方法，其中的参数是手指点击的坐标位置。该方法的作用是，将所有与手指点击距离在200像素之内的方格进行扭曲偏移。

private fun warp(x: Float, y: Float) {
        for (i in 0..COUNT * 2 - 1 step 2) {
            val x1 = orig[i + 0]
            val y1 = orig[i + 1]
            val length = getLength(x1, y1, x, y)
            if (length < 200) {
                verts[i + 0] = orig[i + 0] + length * 0.5F//x轴偏移
                verts[i + 1] = orig[i + 1] + length * 0.5F//y轴偏移
            } else {
                verts[i + 0] = orig[i + 0]//x轴复原
                verts[i + 1] = orig[i + 1]//y轴复原
            }
        }
        invalidate()
    }

再然后，我们需要重写View的触摸方法

override fun onTouchEvent(event: MotionEvent): Boolean {
        when (event.action) {
            MotionEvent.ACTION_DOWN, MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
                warp(event.x, event.y)
            }
            MotionEvent.ACTION_UP -> {
                verts.copyFrom(orig)
                invalidate()
            }
        }
        return true
    }

当手指按下和移动时计算扭曲，当手指离开的时候恢复图片原貌。verts里面的copyFrom方法是我自己定义扩展的，代码如下：

fun FloatArray.copyFrom(from: FloatArray) {
    var i = 0
    while (i < size && i < from.size)
        this[i] = from[i++]
}

现在万事俱备，只差重绘，重写仅仅将绘制图片改为网格绘制即可

    override fun onDraw(canvas: Canvas) {
        background ?: return
        canvas.drawBitmapMesh(background, WIDTH, HEIGHT, verts, 0, null, 0, null)
    }

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二、绘制一圈深陷的波浪

现在开始正题了，波浪有波峰(Crests)和波谷(Troughs)，我们预先设定一个原的半径initRadius=200，然后设置一个常量限制波的宽度rippleWidth=20(因为我们在计算偏移量时需要分半径内和半径外，所以实际这个参数表示波宽度的一半)

    private val rippleWidth = 20F//波纹宽度
    private val initRadius = 200F//初始化半径

接下来最重要的就是计算偏移量了

2.1 计算偏移量

首先我们根据测量两点之间的距离判定一个点是否处于波的范围内，如果在范围内还要判断是在半径内和半径外：
对于半径外的计算图如下所示(标题字写错了应该是半径外)

可见对于半径外的偏移点计算如下：

$$\frac{length}{rate}=\frac{y1-y}{y2-y1}=\frac{x1-x}{x2-x1}$$
于是 $$x2=x1+\frac{rate(x1-x)}{length}$$ $$y2=y1+\frac{rate(y1-y)}{length}$$

然后我们创建方法

    /**
     * 获得波谷半径外的偏移点
     * @param x0 原点x坐标
     * @param y0 原点y坐标
     * @param x1 需要偏移的点的x坐标
     * @param y1 需要偏移的点的y坐标
     */
    fun getTroughsOuter(x0: Float, y0: Float, x1: Float, y1: Float): PointF {
        val length = getLength(x0, y0, x1, y1)
        val rate = 20F
        val x = x1 + rate * (x1 - x0) / length
        val y = y1 + rate * (y1 - y0) / length
        return PointF(x, y)
    }

接下来计算半径内的偏移点

可见对于半径外的偏移点计算如下：

$$\frac{length}{rate}=\frac{y1-y0}{y1-y2}=\frac{x1-x0}{x1-x2}$$
于是 $$x2=x1-\frac{rate(x1-x0)}{length}$$ $$y2=y1-\frac{rate(y1-y0)}{length}$$
仍然创建方法

    fun getTroughsInner(x0: Float, y0: Float, x1: Float, y1: Float): PointF {
        val length = getLength(x0, y0, x1, y1)
        val rate = 20F
        val x = x1 - rate * (x1 - x0) / length
        val y = y1 - rate * (y1 - y0) / length
        return PointF(x, y)
    }

2.2 初步测试

接下来编写测试代码，我们需要重构wrap方法，判断点是否位于波内，在根据其位于半径内和半径外调用不同的方法

    private fun warp(x0: Float, y0: Float) {
        for (i in 0..COUNT * 2 - 1 step 2) {
            val x1 = orig[i + 0]
            val y1 = orig[i + 1]
            val length = getLength(x0, y0, x1, y1)
            if (length < initRadius + rippleWidth && length > initRadius) {
                val point = getTroughsOuter(x0, y0, x1, y1)
                verts[i + 0] = point.x
                verts[i + 1] = point.y
            } else if (length < initRadius && length > initRadius - rippleWidth) {
                val point = getTroughsInner(x0, y0, x1, y1)
                verts[i + 0] = point.x
                verts[i + 1] = point.y
            } else {
                verts[i + 0] = orig[i + 0]//x轴复原
                verts[i + 1] = orig[i + 1]//y轴复原
            }
        }
        invalidate()
    }

2.3 波纹优化

通过上面的步骤发现已经有点意思了是吧! 但是这个波浪还是不够动感，因为波浪的形状类似正弦函数，但是我们上面方法中的rate值却固定为了val rate = 20F。

为了得到更加真实的效果，我们编写一个用于计算rate的函数，这个函数的结果与该点位置和中线位置的距离相关，并且符合正弦函数

    /**
     * 计算波谷偏移量率
     */
    fun getTroughsRate(length: Float): Float {
        val dr = Math.abs(length - initRadius)
        val rate = dr * Math.PI / (2 * rippleWidth)
        return Math.sin(rate).toFloat() * rippleWidth
    }

接下来我们只需要将上述两个计算方法中改为

    val rate = getTroughsRate(length)

这里我将波纹宽度改为了10F

private val rippleWidth = 10F//波纹宽度

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三、让我们浪起来

我们上面的示例全部都是静态的，当手指放在那里是才有波纹出现，而且波纹并不会扩散。

3.1 单个波纹

顾名思义，最开始我们需要让一个波纹动起来已看效果，所以我们需要一个标志位标志现在是否有波浪正在显示，并且我们需要一个线程可以不停地检查刷新View,然后动态的改变半径

1，动态修改半径
原来我们有一个固定半径的属性initRadius，现在废弃不用将所有需要用到半径的方法增加一个参数

private fun warp(x0: Float, y0: Float, radius: Float);
private fun getTroughsInner(x0: Float, y0: Float, x1: Float, y1: Float, radius: Float): PointF;
private fun getTroughsOuter(x0: Float, y0: Float, x1: Float, y1: Float, radius: Float): PointF;
private fun getTroughsRate(length: Float, radius: Float): Float

2，创建全局变量存储原点信息

    private var originX = 0F
    private var originY = 0F
    private var isRipple = false
    override fun onTouchEvent(event: MotionEvent): Boolean {
        when (event.action) {
            MotionEvent.ACTION_DOWN -> {
                if (!isRipple) {
                    isRipple = true
                    originX = event.x
                    originY = event.y
                    loop.start()
                }
            }
            MotionEvent.ACTION_UP -> {
                verts.copyFrom(orig)
                invalidate()
            }
        }
        return true
    }

3，创建一个loop循环重绘(可以自定义线程实现)，这个loop的作用是没10毫秒循环一次，第count次设置半径为radius，然后通知重绘，当radius>1000F时结束循环，结束时将标志位置位false

    private val loop = ThreadUtils.Loop(10).loop { count ->
        val radius = count * 2F
        warp(originX, originY, radius)
        radius < 1000F
    }.onStop { isRipple = false }

OK!到这里就可以看到前面的效果了

到目前为止我们仅仅是做出了一层未经任何处理的波浪，如果我们想让效果看起来更加逼真，请看 Android：使用drawBitmapMesh方法产生水波(二)

其实我并不打算写第二篇:) 这一篇就是用来学习drawBitmapMesh的使用方法的，来咬我呀，哈哈哈。。。