iOS开发中CoreGraphics绘图全解析

### iOS 开发中 Core Graphics 绘图全解析 #### 1. 颜色理论基础 在现代计算机图形学中，屏幕上显示的任何颜色的数据都是基于某种颜色模型存储的。颜色模型（有时也称为颜色空间）是将现实世界的颜色表示为计算机可以使用的数字值的一种方式。一种常见的表示颜色的方法是使用四个分量：红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）和透明度（alpha）。在 Quartz 中，每个值都表示为 CGFloat（一个 4 字节的浮点值，与 float 相同），这些值应始终在 0.0 到 1.0 之间。 - **RGB 颜色模型**：红色、绿色和蓝色分量代表加色原色，即 RGB 颜色模型。如果将这三种颜色的光按相等比例混合，根据混合光的强度，结果在人眼中会呈现为白色或灰色。以不同比例组合这三种加色原色可以得到一系列不同的颜色，称为色域。 - **RYB 颜色模型**：在小学时，我们可能学过原色是红色、黄色和蓝色，这被称为历史减色原色，即 RYB 颜色模型。但在现代颜色理论中，它的应用很少，在计算机图形学中几乎从不使用。因为 RYB 颜色模型的色域比 RGB 颜色模型要有限得多，而且也不容易用数学方法定义。 除了红、绿、蓝，Quartz 还使用了另一个颜色分量——alpha，它表示颜色的透明度。当在一种颜色上绘制另一种颜色时，alpha 用于确定最终绘制的颜色。当 alpha 为 1.0 时，绘制的颜色是 100% 不透明的，会遮挡下面的任何颜色；当 alpha 小于 1.0 时，下面的颜色会透过来并与上面的颜色混合；当 alpha 为 0.0 时，该颜色将完全不可见，后面的内容会完全显示出来。当使用 alpha 分量时，颜色模型有时被称为 RGBA 颜色模型，但严格来说，alpha 并不真正属于颜色，它只是定义了颜色在绘制时与其他颜色的交互方式。 #### 2. 其他颜色模型 虽然 RGB 模型是计算机图形学中最常用的颜色模型，但它并不是唯一的。还有其他几种颜色模型正在使用，包括： - **Hue, saturation, value (HSV)** - **Hue, saturation, lightness (HSL)** - **Cyan, magenta, yellow, black (CMYK)**：用于四色胶印 - **Grayscale** 更复杂的是，其中一些模型还有不同的版本，包括 RGB 颜色空间的几个变体。幸运的是，对于大多数操作，我们不需要担心正在使用的颜色模型。我们可以直接在 UIColor 对象上调用 CGColor，在大多数情况下，Core Graphics 会处理任何必要的转换。 #### 3. 颜色便捷方法 UIColor 有大量的便捷方法，这些方法返回初始化为特定颜色的 UIColor 对象。例如，我们可以使用 redColor 方法将颜色初始化为红色。大多数这些便捷方法创建的 UIColor 实例都使用 RGBA 颜色模型，唯一的例外是表示灰度值的预定义 UIColor，如 blackColor、whiteColor 和 darkGrayColor，它们仅根据白色级别和 alpha 来定义。如果需要对颜色进行更多控制，可以通过指定所有四个分量来创建颜色，示例代码如下： ```objc UIColor *red = [UIColor colorWithRed:1.0 green:0.0 blue:0.0 alpha:1.0]; ``` #### 4. 在上下文中绘制图像 Quartz 允许直接在上下文中绘制图像。UIImage 类是一个 Objective - C 类，可作为使用 Core Graphics 数据结构（CGImage）的替代方案。UIImage 类包含将其图像绘制到当前上下文的方法。可以使用以下两种技术之一来确定图像在上下文中的显示位置： - 指定一个 CGPoint 来标识图像的左上角。 - 指定一个 CGRect 来框定图像，必要时调整大小以适应框架。 示例代码如下： ```objc UIImage *image; // 假设这个变量存在并指向一个 UIImage 实例 CGPoint drawPoint = CGPointMake(100.0, 100.0); [image drawAtPoint:drawPoint]; ``` #### 5. 绘制形状：多边形、线条和曲线 Quartz 提供了许多函数，使创建复杂形状变得更加容易。要绘制矩形或多边形，无需计算角度、绘制线条或进行任何数学运算，只需调用 Quartz 函数即可。例如，要绘制椭圆，可以定义椭圆需要适应的矩形，然后让 Core Graphics 完成工作，示例代码如下： ```objc CGRect theRect = CGRectMake(0, 0, 100, 100); CGContextAddEllipseInRect(context, theRect); CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke); ``` 对于矩形也可以使用类似的方法。Quartz 还提供了创建更复杂形状的方法，如圆弧和贝塞尔路径。 #### 6. Quartz 2D 工具示例 Quartz 提供了一系列令人印象深刻的工具。例如，Quartz 不仅支持用纯色填充多边形，还支持用渐变填充。除了绘制实线，它还可以使用各种虚线模式。 #### 7. QuartzFun 应用程序概述 接下来要构建一个简单的绘图程序，该应用程序顶部和底部各有一个分段控件。顶部的控件用于更改绘图颜色，底部的控件用于更改要绘制的形状。当触摸并拖动时，将以所选颜色绘制所选形状。为了降低应用程序的复杂性，一次只绘制一个形状。 #### 8. 设置 QuartzFun 应用程序 在 Xcode 中，使用单视图应用程序模板创建一个新的 iPhone 项目，并将其命名为 QuartzFun。由于要在自定义视图中执行自定义绘图，因此需要创建一个 UIView 的子类，通过重写 drawRect: 方法来进行绘图。具体操作步骤如下： 1. 选择 QuartzFun 文件夹，按 ⌘ + N 调出新建文件助手，从 Cocoa Touch 部分选择 Objective - C 类，将新类命名为 BIDQuartzFunView，并使其成为 UIView 的子类。 2. 再次选择 QuartzFun 组，按 ⌘ + N 调出新建文件助手，从 C 和 C++ 标题中选择头文件模板，将文件命名为 BIDConstants.h。 3. 由于 UIColor 没有返回随机颜色的方法，我们需要编写代码来实现。为了遵循良好的编程实践，将代码放在 UIColor 的一个类别中。选择 QuartzFun 文件夹，按 ⌘ + N 调出新建文件助手，从 Cocoa Touch 标题中选择 Objective - C 类别，将类别命名为 BIDRandom，并使其成为 UIColor 的类别，然后将文件保存到项目文件夹中。 #### 9. 创建随机颜色 在 UIColor+BIDRandom.h 文件中添加以下代码： ```objc #import <UIKit/UIKit.h> @interface UIColor (BIDRandom) + (UIColor *)randomColor; @end ``` 在 UIColor+BIDRandom.m 文件中添加以下代码： ```objc #import "UIColor+BIDRandom.h" #define ARC4RANDOM_MAX 0x100000000LL @implementation UIColor (BIDRandom) + (UIColor *)randomColor { CGFloat red = (CGFloat)arc4random() / (CGFloat)ARC4RANDOM_MAX; CGFloat blue = (CGFloat)arc4random() / (CGFloat)ARC4RANDOM_MAX; CGFloat green = (CGFloat)arc4random() / (CGFloat)ARC4RANDOM_MAX; retur ```