Quartz 2D编程指南之二：图形上下文(Graphics Contexts)

发表于   |   分类于

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。

在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：

1
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)。

Figure 2-1 A view in the Cocoa framework that contains Quartz drawing

image

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。

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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
@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。

Figure 2-2 A PDF created by using CGPDFContextCreateWithURL

image

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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
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。

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。

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：

  • 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

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
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

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

Figure 2-3 An image created from a bitmap graphics context and drawn to a window graphics context

image

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

image

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。

Figure 2-4 A comparison of aliased and anti-aliasing drawing

image

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。