Cocoa Drawing Guide學習part1——基礎和圖形上下文 (轉)

原文:http://noark9.github.io/2013/12/28/cocoa-drawing-guide-study-part-1/

簡介

cocoa drawing由AppKit提供而且也兼容其餘的模式：
Quartz，OpenGL，Core Image，Core Video，Quartz Composer，PDF Kit，QuickTime

基於Quartz，因此AppKit提供了Quartz相關的功能

• 基於path的繪圖
• 建立，加載，顯示圖片
• 佈局和顯示文本
• 建立，顯示PDF
• 半透明
• 陰影
• 色彩管理
• 變形
• 打印
• 抗鋸齒渲染
• OpenGL

cocoa drawin基於Quartz能夠利用硬件資源進行渲染，而且使用的是打印機的模式。所以不一樣的繪圖順序也會獲得不一樣的結果。

繪圖環境

繪圖環境決定了繪圖最終的結果，canvas決定了繪圖內容在哪裏，繪圖設置控制繪圖的大小，顏色，質量，方向等。

Graphics Context - 繪圖上下文

繪圖上下文能夠說是繪製的位置，封裝了繪圖所須要的各類信息。
那麼繪圖的目標能夠是下面的東西

• Window（或者View）
• 圖片，包括了全部類型的Bitmap圖片
• 打印機
• PDF，EPS文件
• OpenGL界面

NSGraphicsContext也管理了繪圖目標的狀態，這些狀態會影響如何繪圖，好比閒的寬度，顏色，填充色，繪圖狀態能夠保存在當前圖形上下文的棧上，全部的改變均可以經過回滾繪圖狀態來撤銷。
cocoa管理的一些屬性和Quartz不一樣，好比顏色使用NSColor，大部分的基於路徑的繪圖使用NSBezierPath

Coordinate System - 協調系統

Coordinate System是cocoa支持使用Quartz應用的，使用浮點數，繪圖代碼繪製在用戶的協調空間，在渲染到具體設備的時候，轉換到設備的Coordinate Space。Coordinate System

User Coordinate Space使用具體的值，每個單位是1/72英寸，但並不表明是72dpi。不使用像素或是dpi，你只須要考慮大小，而顯示由cocoa去關心。Device Coordinate Space使用設備的解析度單位，cocoa負責Device Coordinate Space和User Coordinate Space的轉換。

變形

變形操做2d協調空間，變形使用一個變形的數學矩陣，獲取變形屬性如何修改協調，cocoa中變形是NSAffineTransform類
那麼包括下面的東西：

• 移動
• 縮放
• 旋轉

能夠用各類各樣的效果組合獲得有趣的結果，另外使用變形操做比你直接操做原數據要快

顏色和顏色空間

繪圖以前須要指定顏色和顏色空間，NSColor和NSColorSpace

基礎的繪圖元素

NSPoint，點，有一個x，y座標
NSSize，size包含寬，高
NSRect，矩形包含一個叫origin的NSPoint和一個叫size的NSSize，origin是左上角的點位置，size是寬和高

形狀基本？（primitives）

能夠用NSBezierPath畫一些基本形狀

• 線
• 矩形
• 圓
• 曲線
• 貝塞爾曲線？

primitives

貝塞爾路徑對象，保存着矢量的路徑信息，保證數據小而且分辨率獨立。你可使用簡單形狀建立路徑或是與其餘基本形狀組合更復雜的路徑。

圖片

由NSImage提供圖片，NSImageRep是圖片的表示類，圖片能夠從文件加載或者在線（on the fly？），支持BMP,GIF,JPEG,JPEG2000,PNG,TIFF,從EPS，PDF，PICT數據獲得的圖片和CoreImage圖片

文字

cocoa提供了先進的文件系統繪製文字，例如：

text

View和Drawing

cocoa中基本上全部的繪圖都在view裏面完成，View對象表示一個窗口上可視的一部分。一個視圖用來顯示一些可視的內容，也能夠包括多個子視圖。

NSView是全部視圖的基礎，cocoa有一些基礎的視圖，text view，split view等，cocoa控件也是基於NSView的。

能夠基於基礎的視圖和控件建立自定義的視圖，cocoa經過drawRect:消息告訴你視圖須要如何繪製，實現drawRect:方法實現自定義繪圖。

1 2 3 4 5

- (void)drawRect:(NSRect)rect { // Custome draw code }

drawRect:調用時，cocoa將繪畫焦點鎖定到你的view，保存繪圖轉貼，調整當前的變形矩陣適應你的視圖的方向，調整從view中截取的矩形，咱們只須要完成繪製就能夠了。

一些經常使用的繪圖任務

打印和建立PDF，EPS的話，在這裏就不看了，實際用到的時候看吧。

繪製自定義視圖

在自定義視圖中實現drawRect:方法可使用路徑，文字，圖形或者Cocoa，Quartz，OpenGL等東西

響應內容變化，更新視圖

向View發送setNeedsDisplayInRect:或者setNeedsDisplay:消息，告訴View部分或者所有的內容已經失效而且須要更新，在下一個更新循環的時候cocoa會響應後發送一個drawRect:消息給View進行更新。

讓一些東西發生動畫

使用Core Animation，設置Timer，或者使用NSAnimation或者NSViewAnimation類時在必定幀率產生的通知。接收到消息時，讓view中部分或者所有失效來進行強制更新。能夠參考Core Animation Programming Guide，以及後面會說道的NSTimer和使用Core Animation Objects。

改變大小

NSView中的inLiveResize方法判斷是否正在發生改變大小的事件。爲了保證你的View可以如預期同樣，那麼儘可能少的進行繪製，能夠參考Drawing Performance Guidelines。

Graphics Context——圖形上下文

標識當前繪圖的上下文是設備，屏幕，仍是文件，Coordinate System，邊界等一些圖形屬性。基本上不須要人工建立一個圖形上下文。Cocoa應用中基本上全部的畫布都使用NSGraphicsContext。（OpenGL的話，使用NSOpenGLContext）

基礎知識

drawRect:調用的以前，cocoa就會對當前的繪圖上下文先有必定的處理：

1 保存當前圖形狀態，保證能夠undo
1 添加一個適當的變形，保證方向跟如今View的方向是一致的
1 在可視範圍內截取區域，防止內容被其餘的視圖（Straying into other views）渲染

你的繪圖將會發送到Quartz Compositor和其餘在窗口中的視圖合併起來。

在你的drawRect:結束後，cocoa回覆繪圖上下文爲下一個view繪製作準備。

當前的圖形上下文

能夠這樣獲取

NSGraphicsContext *context = [NSGraphicsContext currentContext];

使用saveGraphicsState保存當前的圖形狀態
使用restoreGraphicsState彈出當前的狀態並恢復到上一個保存的狀態
這兩個方法，調用須要成對

這兩個方法的類方法，做用於當前的圖形上下文
這兩個方法的實例方法，做用於特定的圖形上下文

圖形狀態信息

• Current transformation matrix（CTM）

映射view的Coordinate System和目標設備的Coordinate System用的。cocoa在調用drawRect:以前會修改CTM，可使用一個NSAffineTransform對象修改CTM的朝向，縮放，旋轉當前的Coordinate System。

• Clipping areas

截取區域描述了用於調用繪製函數的畫布區域，cocoa在調用drawRect:以前會修改截取區域爲可視區域，可使用NSBezierPath對象來進一步設置可視區域。

• Line width

設置路徑的寬度，默認是1.0，可使用NSBezierPath對象修改這個值。

• Line join style

線合併描述了線是如何合併的，默認是NSMiterLineJoinStyle，可使用NSBezierPath對象修改這個值。

• Line cap style

描述一個路徑的開閉，默認是NSButtLineCapStyle，可使用NSBezierPath對象修改這個值。

• Line dash style

描述線的斷開模式，也包括開始的模式，這個屬性沒有默認值，表示是實線，能夠修改NSBezierPath對象的這個樣式。

• Line miter limit

定義線在何時合併成一個。只有Line join style使用了NSMiterLineJoinStyle的時候起效。miter的長度已經被線的寬度除後，若是超過了miter limit的話，那麼就用斜面，默認是10.0，可使用NSBezierPath對象修改這個值。

• Flatness value

描述了其實是那一部分曲線被渲染了。數值越小，那麼曲線越平滑，也會有跟複雜的運算，這個值在不一樣的設備渲染時影響很是小。默認值是0.6，可使用NSBezierPath對象修改這個值。

• Stroke color

使用NSColor設置，渲染路徑的顏色。

• Fill color

使用NSColor設置，渲染路徑所包含區域的顏色（填充色）。

• Shadow

使用NSShadow描述所渲染內容的陰影。

• Rendering intent

描述顏色映射，cocoa不支持，須要使用Quartz。

• Font name，Font Size

使用NSFont設置

• Font character spacing

描述文字的字符空間。

• Text drawing mode

描述文字如何進行渲染（這個屬性並非由Cocoa直接支持的）

• Image interpolation quality

描述渲染時圖形插值處理，使用NSGraphicsContext類進行設置。

• Compositing operation

描述合成過程（cocoa中基於Quartz blend模式來進行支持，可是使用了不要同的使用方法和行爲），使用NSGraphicsContext類進行設置，一些渲染方法可以提供額外的設置。

• Global alpha

設置一個全局的alpha值，用於疊加在使用的顏色的alpha值上。cocoa不直接支持這個屬性，經過Quartz中的CGContextSetAlpha函數設置。

• Anti-aliasing setting

設置抗鋸齒，使用NSGraphicsContext設置。

屏幕畫布和打印畫布

打印原本是不考慮了，不過既然這裏單獨提到了一節，那我也就順便一塊兒看下了。

通常啊，cocoa的繪圖上下文，有兩種畫布，屏幕上的和打印的。在屏幕上的cocoa提供一個繪圖上下文做給有view更新繪製或者響應用戶打印文檔時使用。可是下面幾種狀況是須要手工建立圖形上下文的：

• 使用OpenGL渲染View的內容
• 繪製屏幕外的位圖
• 建立PDF和EPS
• 經過程序開始一個打印job

使用NSGraphicContext的類方法，能夠建立使用屏幕做爲畫布的圖形上下文對象，這些方法沒法建立打印的畫布，cocoa把全部的打印都經過cocoa printing system（cocoa 打印系統）來處理這些任務併爲你提供繪圖上下文。所以，咱們須要使用NSPrintOperation建立打印任務，而且你的view至少要提供最少的打印支持。

能夠用示例方法isDrawingToScreen或者類方法currentContextDrawingToScreen判斷畫布的類型。打印類型的畫布能夠用attributes方法獲取畫布的更多信息。

繪圖上下文和Quartz

NSGraphicsContext在cocoa裏面是Quartz繪圖上下文CGContextRef數據的一個轉化。轉化和使用很容易。

修改當前的繪圖上下文狀態

在drawRect:方法中能夠用NSGraphicsContext的方法直接修改大部分繪圖狀態屬性，可是還有一些屬性須要藉助其餘的一些對象。

保存和回覆當前繪圖狀態是消耗很是大的動做，儘可能在要立刻撤銷一些操做的時候，或者沒有修改的時候用，好比重置截取區域的時候。

設置顏色和模式

cocoa提供了不少的顏色空間，NSColor默認支持RGB，CMYK，灰度，也能夠用ICC和ColorSync描述來支持自定義顏色空間。使用NSColor對象的setStroke和setFill方法來設置描邊和填充的顏色。文字的顏色不使用Fill或是Storke的，須要對文字專門進行設置。

設置路徑（Path）屬性

路徑屬性包括了不少，上面提過一些，這裏說下設置路徑屬性有兩種，一種是全局的屬性經過NSBezierPath類的類方法來設置，例如setDefaultLineWidth:，另外一種是爲某個路徑對象設置，使用類方法設置，例如setLineWidth:。

設置文字屬性

cocoa的字符串對象和core text系統都支持，使用屬性修改字符串的表現。NSAttributedString對象經過選擇部分範圍進行設置屬性，NSString直接設置整個字符串的屬性。

用NSFont對象的set font family和size方法能夠設置圖形狀態中的全局字體設置，能夠在Quartz繪製字符串的時候使用。

設置圖形合成選項

嘛，這個麼，用官方的圖最好說明問題了

Compositing operations in Cocoa

嗯，上面一堆圖，基本能說明問題了設置的名字基本都是NSCompositeXXXXXXXXXX之類的

接下來是這些模式的一個數學模型（我仍是懶惰的截圖了），R是結果，S是源，D是目標，Sa是源的alpha值，Da是目標的alpha值，alpha值的範圍是0～1。

Mathematical equations for compositing colors

設置截取區域

截取區域是用來肯定對view中的那一部分進行修改，調用drawRect:以前cocoa會根據可視範圍設置截取區域，能夠用NSBezierPath從新限制繪圖區域。簡單點的矩形能夠用NSRectClip函數建立，NSRectClipList建立一組矩形，NSBezierPath用來建立更復雜的圖形。使用addClip方法添加結果形狀到當前的截取區域。

根據不一樣的環繞規則，建立出來的截取區域也將不一樣，以下：

Clipping paths and winding rules

下面代碼建立上面圖形的截取區域

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

// If you plan to do more drawing later, it's a good idea // to save the graphics state before clipping. [NSGraphicsContext saveGraphicsState]; // Create the path and add the shapes NSBezierPath* clipPath = [NSBezierPath bezierPath]; [clipPath appendBezierPathWithRect:NSMakeRect(0.0, 0.0, 100.0, 100.0)]; [clipPath appendBezierPathWithOvalInRect:NSMakeRect(50.0, 50.0, 100.0, 100.0)]; // Add the path to the clip shape. [clipPath addClip]; // Draw the image. [NSGraphicsContext restoreGraphicsState];

可使用setClip方法設置截取區域，可是這個方法將會替換原來的截取區域，

設置抗鋸齒選項

這個效果麼，你們應該都知道了，能夠用NSGraphicContext中的setShouldAntialias:方法設置。

建立繪圖上下文

若是在view和打印的畫布，能夠用cocoa提供的繪圖上下文。不過若是你要作其餘類型的繪圖，那麼就須要本身建立了。

建立一個基於屏幕的繪圖上下文

若是須要在常規的更新週期以外繪製圖形，那麼須要單獨的建立一個圖形上下文。這樣能夠在另一個線程中，在一個屏幕外的窗口或是位圖上進行繪圖，以後再拷貝結果，使用NSGraphicsContext類中的方法能夠爲特定的窗口或是位圖建立繪圖上下文。

在window上繪圖

使用graphicsContextWithWindow:方法爲一個特定的窗口建立繪圖上下文，當時若是那個窗口有不少子視圖，那就很麻煩了，你須要一個一個的去設置，這個建議使用在建立屏幕外的緩衝區的時候用。

這裏說下，OSX的大部分窗口已經使用了雙緩衝機制，不須要淡騰的再去用屏幕外的窗口和位圖去刷新ui，費時費力。

在位圖上繪圖

在10.4之前， 須要經過截取view或是window，來實現位圖繪製。10.4之後能夠經過graphicsContextWithBitmapImageRep:方法爲一個NSBitmapImageRep對象設置繪圖上下文，繪圖將會直接渲染到位圖上。

建立一個PDF或是PostScript的繪圖上下文

不一樣與以前的那個PDF和PostScript不能那麼直接的建立，他們都要經過cocoa打印系統。
最快捷的方法是用NSView對象的dataWithPDFInsideRect:和dataWithEPSInsideRect:方法自動的用view中的繪圖代碼建立打印任務，輸出PDF和EPS。可使用NSPrintOperation類手工建立打印任務，用runOperation方法開始打印隊列。

打印過程當中，cocoa調用view上的一些方法來處理佈局和繪製，實現這些方法能夠支持PDF和EPS的打印。

線程和繪圖上下文

AppKit爲全部窗口和線程的合併管理一個繪圖上下文。對應一個窗口，每一個線程都有一個繪圖上下文，也可使用另外一個線程來進行繪圖，可是這樣會有一些警告。

正常的窗口更新循環中，因此的繪圖請求都會發送到應用程序的主線程中。能夠經過調用setNeedsDisplay:或者setNeedsDisplayInRect:方法觸發重繪事件，這些方法不能在非主線程中調用。

若是必定要在非主線程中更新窗口那麼須要本身建立，配置那個窗口的繪圖上下文。

建立位圖是另外一種多線程繪圖的方式，由於位圖的畫，是本身做爲容器的，因此能夠安全的在非主線程中建立。