Quartz 2D编程指南(2) - 图形上下文(Graphics Contexts)

一个Graphics Context表示一个绘制目标。它包含绘制系统用于完成绘制指令的绘制参数和设备相关信息。Graphics Context定义了基本的绘制属性,如颜色、裁减区域、线条宽度和样式信息、字体信息、混合模式等。

我们可以通过几种方式来获取Graphics Context:Quartz提供的创建函数、Mac OS X框架或IOS的UIKit框架提供的函数。Quartz提供了多种Graphics Context的创建函数,包括bitmap和PDF,我们可以使用这些Graphics Context创建自定义的内容。

本章介绍了如何为不同的绘制目标创建Graphics Context。在代码中,我们用CGContextRef来表示一个Graphics Context。当获得一个Graphics Context后,可以使用Quartz 2D函数在上下文(context)中进行绘制、完成操作(如平移)、修改图形状态参数(如线宽和填充颜色)等。

在iOS中的视图Graphics Context进行绘制

在iOS应用程序中,如果要在屏幕上进行绘制,需要创建一个UIView对象,并实现它的drawRect:方法。视图的drawRect:方法在视图显示在屏幕上及它的内容需要更新时被调用。在调用自定义的drawRect:后,视图对象自动配置绘图环境以便代码能立即执行绘图操作。作为配置的一部分,视图对象将为当前的绘图环境创建一个Graphics Context。我们可以通过调用UIGraphicsGetCurrentContext函数来获取这个Graphics Context。

UIKit默认的坐标系统与Quartz不同。在UIKit中,原点位于左上角,y轴正方向为向下。UIView通过将修改Quartz的Graphics Context的CTM[原点平移到左下角,同时将y轴反转(y值乘以-1)]以使其与UIView匹配。

Mac OS X中创建一个窗口Graphics Context

在Mac OS X中绘制时,我们需要创建一个窗口Graphics Context。Quartz 2D API 没有提供函数来获取窗口Graphics Context。取而代之的是用Cocoa框架来获取一个窗口上下文。

我们可以在Cocoa应用程序的drawRect:中获取一个Quartz Graphics Context,如下代码所示:

CGContextRef myContext = [[NSGraphicsContext currentContext] graphicsPort];

currentContext方法在当前线程中返回NSGraphicsContext实例。graphicsPort方法返回一个低级别、平台相关的Graphics Context(Quartz Graphics Context)。

在获取到Graphics Context后,我们可以在Cocoa应用程序中调用任何Quartz 2D的绘制函数。我们同样可以将Quartz 2D与Cocoa绘制操作混合使用。如图2-1是一个在Cocoa视图中用Quartz 2D绘制的实例。绘图由两个长方形组成(一个不透明的红色长方形和半透明的蓝色长方形)。

为了实现图2-1实例,需要先创建一个Cocoa应用程序。在Interface Builder中,拖动一个Custom View到窗口中,并子类化。然后实现子类视图的,如代码清单2-1所示。视图的drawRect:包含了所有的Quartz绘制代码。


引用

注:NSView的drawRect:方法在每次视图需要绘制时自动调用。

Listing 2-1  Drawing to a window graphics context

@implementation MyQuartzView

- (id)initWithFrame:(NSRect)frameRect

{

self = [super initWithFrame:frameRect];

return self;

}

- (void)drawRect:(NSRect)rec

{

CGContextRef myContext = [[NSGraphicsContext  currentContext] graphicsPort]; //1

// ********** Your drawing code here **********       //2

CGContextSetRGBFillColor (myContext, 1, 0, 0, 1);     //3

CGContextFillRect (myContext, CGRectMake (0, 0, 200, 100 ));   //4

CGContextSetRGBFillColor (myContext, 0, 0, 1, .5);     //5

CGContextFillRect (myContext, CGRectMake (0, 0, 100, 200));   //6

}

@end

代码说明:

1.为视图获取一个Graphics Context

2.插入绘图代码的地方。以下四行是使用Quartz 2D函数的例子

3.设置完全不透明的红色填充色。

4.填充一个长方形,其原点为(0, 0), 大小为(200, 100)

5.设置半透明的蓝色填充色。

6.填充一个长方形,其原点为(0, 0), 大小为(100, 200)

创建一个PDF Graphics Context

当创建一个PDF Graphics Context并绘制时,Quartz将绘制操作记录为一系列的PDF绘制命令并写入文件中。我们需要提供一个PDF输出的位置及一个默认的media box(用于指定页面边界的长方形)。图2-2显示了在PDF Graphics Context中绘制及在preview打开PDF的结果。

Quartz 2D API提供了两个函数来创建PDF Graphics Context:

CGPDFContextCreateWithURL:当你需要用Core Foundation URL指定pdf输出的位置时使用该函数。代码清单2-2显示了该函数的使用方法(代码2-2及后面代码的详细解释略):

Listing 2-2  Calling CGPDFContextCreateWithURL to create a PDF graphics context

CGContextRef MyPDFContextCreate (const CGRect *inMediaBox, CFStringRef path)

{

CGContextRef myOutContext = NULL;

CFURLRef url;

url = CFURLCreateWithFileSystemPath (NULL, path, kCFURLPOSIXPathStyle, false);

if (url != NULL) {

myOutContext = CGPDFContextCreateWithURL (url,  inMediaBox,  NULL);

CFRelease(url);

}

return myOutContext;

}

CGPDFContextCreate:当需要将pdf输出发送给数据用户时使用该方法。代码清单2-3显示了该函数的使用方法:

Listing 2-3  Calling CGPDFContextCreate to create a PDF graphics context

CGContextRef MyPDFContextCreate (const CGRect *inMediaBox, CFStringRef path) {

CGContextRef        myOutContext = NULL;

CFURLRef            url;

CGDataConsumerRef   dataConsumer;

url = CFURLCreateWithFileSystemPath (NULL,  path, kCFURLPOSIXPathStyle, false);

if (url != NULL)

{

dataConsumer = CGDataConsumerCreateWithURL (url);

if (dataConsumer != NULL)

{

myOutContext = CGPDFContextCreate (dataConsumer, inMediaBox, NULL);

CGDataConsumerRelease (dataConsumer);

}

CFRelease(url);

}

return myOutContext;

}

代码清单2-4显示是如何调用MyPDFContextCreate程序及绘制操作。

Listing 2-4  Drawing to a PDF graphics context

CGRect mediaBox;

mediaBox = CGRectMake (0, 0, myPageWidth, myPageHeight);

myPDFContext = MyPDFContextCreate (&mediaBox, CFSTR("test.pdf"));

CFStringRef myKeys[1];

CFTypeRef myValues[1];

myKeys[0] = kCGPDFContextMediaBox;

myValues[0] = (CFTypeRef) CFDataCreate(NULL,(const UInt8 *)&mediaBox, sizeof (CGRect));

CFDictionaryRef pageDictionary = CFDictionaryCreate(NULL, (const void **) myKeys,

(const void **) myValues, 1,

&kCFTypeDictionaryKeyCallBacks,

& kCFTypeDictionaryValueCallBacks);

CGPDFContextBeginPage(myPDFContext, &pageDictionary);

// ********** Your drawing code here **********

CGContextSetRGBFillColor (myPDFContext, 1, 0, 0, 1);

CGContextFillRect (myPDFContext, CGRectMake (0, 0, 200, 100 ));

CGContextSetRGBFillColor (myPDFContext, 0, 0, 1, .5);

CGContextFillRect (myPDFContext, CGRectMake (0, 0, 100, 200 ));

CGPDFContextEndPage(myPDFContext);

CFRelease(pageDictionary);

CFRelease(myValues[0]);

CGContextRelease(myPDFContext);

我们可以将任何内容(图片,文本,绘制路径)绘制到pdf中,并能添加链接及加密。

创建位图Graphics Context

一个位图Graphics Context接受一个指向内存缓存(包含位图存储空间)的指针,当我们绘制一个位图Graphics Context时,该缓存被更新。在释放Graphics Context后,我们将得到一个我们指定像素格式的全新的位图。

引用

注:位图Graphics Context有时用于后台绘制。CGLayer对象优化了后台绘制,因为Quartz在显卡上缓存了层。

引用

iOS提示:iOS应用程序使用了UIGraphicsBeginImageContextWithOptions取代Quartz低层函数。如果使用Quartz创建一下后台bitmap,bitmap Graphics Context使用的坐标系统是Quartz默认的坐标系统。而使用UIGraphicsBeginImageContextWithOptions创建图形上下文,UIKit将会对坐标系统使用与UIView对象的图形上下文一样的转换。这允许应用程序使用相同的绘制代码而不需要担心坐标系统问题。虽然我们的应用程序可以手动调整CTM达到相同的效果,但这种做没有任何好处。

我们使用CGBitmapContextCreate来创建位图Graphics Context,该函数有如下参数:

CG_EXTERN CGContextRef __nullable CGBitmapContextCreate(void * __nullable data,

size_t width, size_t height, size_t bitsPerComponent, size_t bytesPerRow,

CGColorSpaceRef cg_nullable space, uint32_t bitmapInfo)

CG_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_0, __IPHONE_2_0);

data:一个指向内存目标的指针,该内存用于存储需要渲染的图形数据。内存块的大小至少需要(bytePerRow * height)字节。

width:指定位图的宽度,单位是像素(pixel)。

height:指定位图的高度, 单位是像素(pixel)。

bitsPerComponent:指定内存中一个像素的每个组件使用的位数。例如,一个32位的像素格式和一个rgb颜色空间,我们可以指定每个组件为8位。

bytesPerRow:指定位图每行的字节数。

colorspace:颜色空间用于位图上下文。在创建位图Graphics Context时,我们可以使用灰度(gray), RGB, CMYK, NULL颜色空间。

bitmapInfo:位图的信息,这些信息用于指定位图是否需要包含alpha组件,像素中alpha组件的相对位置(如果有的话),alpha组件是否是预乘的,及颜色组件是整型值还是浮点值。

代码清单2-5显示了如何创建位图Graphics Context。当向位图Graphics Context绘图时,Quartz将绘图记录到内存中指定的块中。

Listing 2-5  Creating a bitmap graphics context

CGContextRef MyCreateBitmapContext (int pixelsWide, int pixelsHigh)

{

CGContextRef    context = NULL;

CGColorSpaceRef colorSpace;

void *          bitmapData;

int             bitmapByteCount;

int             bitmapBytesPerRow;

bitmapBytesPerRow   = (pixelsWide * 4);

bitmapByteCount     = (bitmapBytesPerRow * pixelsHigh);

colorSpace = CGColorSpaceCreateWithName(kCGColorSpaceGenericRGB);

bitmapData = calloc( bitmapByteCount );

if (bitmapData == NULL)

{

fprintf (stderr, "Memory not allocated!");

return NULL;

}

context = CGBitmapContextCreate (bitmapData, pixelsWide, pixelsHigh, 8, bitmapBytesPerRow, colorSpace, kCGImageAlphaPremultipliedLast);

if (context== NULL) 

{

free (bitmapData);

fprintf (stderr, "Context not created!");

return NULL;

}

CGColorSpaceRelease( colorSpace );

return context;

}

代码清单2-6显示了调用MyCreateBitmapContext 创建一个位图Graphics Context,使用位图Graphics Context来创建CGImage对象,然后将图片绘制到窗口Graphics Context中。绘制结果如图2-3所示:

Listing 2-6  Drawing to a bitmap graphics context

CGRect myBoundingBox;

myBoundingBox = CGRectMake (0, 0, myWidth, myHeight);

myBitmapContext = MyCreateBitmapContext (400, 300);

// ********** Your drawing code here **********

CGContextSetRGBFillColor (myBitmapContext, 1, 0, 0, 1);

CGContextFillRect (myBitmapContext, CGRectMake (0, 0, 200, 100 ));

CGContextSetRGBFillColor (myBitmapContext, 0, 0, 1, .5);

CGContextFillRect (myBitmapContext, CGRectMake (0, 0, 100, 200 ));

myImage = CGBitmapContextCreateImage (myBitmapContext);

CGContextDrawImage(myContext, myBoundingBox, myImage);

char *bitmapData = CGBitmapContextGetData(myBitmapContext);

CGContextRelease (myBitmapContext);

if (bitmapData) free(bitmapData);

CGImageRelease(myImage);

支持的像素格式


表2-1总结了位图Graphics Context支持的像素格式,相关的颜色空间及像素格式支持的Mac OS X最早版本。像素格式用bpp(每像素的位数)和bpc(每个组件的位数)来表示。表格同时也包含与像素格式相关的位图信息常量。

表2-1:位图Graphics Context支持的像素格式

Null8 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaOnly

Mac OS X, iOS

Gray

8 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaNone

Mac OS X, iOS

Gray

8 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaOnly

Mac OS X, iOS

Gray

16 bpp, 16 bpc,kCGImageAlphaNone

Mac OS X

Gray

32 bpp, 32 bpc,kCGImageAlphaNone|kCGBitmapFloatComponents

Mac OS X

RGB

16 bpp, 5 bpc,kCGImageAlphaNoneSkipFirst

Mac OS X, iOS

RGB

32 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaNoneSkipFirst

Mac OS X, iOS

RGB

32 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaNoneSkipLast

Mac OS X, iOS

RGB

32 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaPremultipliedFirst

Mac OS X, iOS

RGB

32 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaPremultipliedLast

Mac OS X, iOS

RGB

64 bpp, 16 bpc,kCGImageAlphaPremultipliedLast

Mac OS X

RGB

64 bpp, 16 bpc,kCGImageAlphaNoneSkipLast

Mac OS X

RGB

128 bpp, 32 bpc,kCGImageAlphaNoneSkipLast|kCGBitmapFloatComponents

Mac OS X

RGB

128 bpp, 32 bpc,kCGImageAlphaPremultipliedLast|kCGBitmapFloatComponents

Mac OS X

CMYK

32 bpp, 8 bpc,kCGImageAlphaNone

Mac OS X

CMYK

64 bpp, 16 bpc,kCGImageAlphaNone

Mac OS X

CMYK

128 bpp, 32 bpc,kCGImageAlphaNone|kCGBitmapFloatComponents

Mac OS X

反锯齿

位图Graphics Context支持反锯齿,这一操作是人为的较正在位图中绘制文本或形状时产生的锯齿边缘。当位图的分辩率明显低于人眼的分辩率时就会产生锯齿。为了使位图中的对象显得平滑,Quartz使用不同的颜色来填充形状周边的像素。通过这种方式来混合颜色,使形状看起来更平滑。如图2-4显示的效果。我们可以通过调用CGContextSetShouldAntialias来关闭位图Graphics Context的反锯齿效果。反锯齿设置是图形状态的一部分。

可以调用函数CGContextSetAllowsAntialiasing来控制一个特定Graphics Context是否支持反锯齿;false表示不支持。该设置不是图形状态的一部分。当上下文及图形状态设置为true时,Quartz执行反锯齿。

获取打印的Graphics Context


Mac OS X中的Cocoa应用程序通过自定义的NSView子类来实现打印。一个视图通过调用print:方法来进行打印。然后视图以打印机为目标创建一个Graphics Context,并调用drawRect:方法。应用程序使用与在屏幕进行绘制相同的绘制代码。我们同样可以自定义drawRect: 方法将图形绘制到打印机。

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