Android自定义控件实战——水流波动效果的实现WaveView

水流波动的波形都是三角波，曲线是正余弦曲线，但是Android中没有提供绘制正余弦曲线的API，好在Path类有个绘制贝塞尔曲线的方法quadTo，绘制出来的是2阶的贝塞尔曲线，要想实现波动效果，只能用它来绘制Path曲线。待会儿再讲解2阶的贝塞尔曲线是怎么回事，先来看实现的效果：

这个波长比较短，还看不到起伏，只是荡漾，把波长拉长再看一下：

已经可以看到起伏很明显了，再拉长看一下：

这个的起伏感就比较强了。利用这个波动效果，可以用在绘制水位线的时候使用到，还可以做一个波动的进度条WaveUpProgress，比如这样：

 

是不是很动感？

    那这样的波动效果是怎么做的呢？前面讲到的贝塞尔曲线到底是什么呢？下面一一讲解。想要用好贝塞尔曲线就得先理解它的表达式，为了形象描述，我从网上盗了些动图。

首先看1阶贝塞尔曲线的表达式：

                             

随着t的变化，它实际是一条P0到P1的直线段：

                                

Android中Path的quadTo是3点的2阶贝塞尔曲线，那么2阶的表达式是这样的：

    

看起来很复杂，我把它拆分开来看：

        

然后再合并成这样：

      

看到什么了吧？如果看不出来再替换成这样：

     

      

     

B0和B1分别是P0到P1和P1到P2的1阶贝塞尔曲线。而2阶贝塞尔曲线B就是B0到B1的1阶贝塞尔曲线。显然，它的动态图表示出来就不难理解了：

                                          

红色点的运动轨迹就是B的轨迹，这就是2阶贝塞尔曲线了。当P1位于P0和P2的垂直平分线上时，B就是开口向上或向下的抛物线了。而在WaveView中就是用的开口向上和向下的抛物线模拟水波。在Android里用Path的方法，首先path.moveTo(P0)，然后path.quadTo(P1, P2)，canvas.drawPath(path, paint)曲线就出来了，如果想要绘制多个贝塞尔曲线就不断的quadTo吧。

    讲完贝塞尔曲线后就要开始讲水波动的效果是怎么来的了，首先要理解，机械波的传输就是通过介质的震动把波形往传输方向平移，每震动一个周期波形刚好平移一个波长，所有介质点又回到一个周期前的状态。所以要实现水波动效果只需要把波形平移就可以了。

    那么WaveView的实现原理是这样的：

    首先在View上根据View宽计算可以容纳几个完整波形，不够一个的算一个，然后在View的不可见处预留一个完整的波形；然后波动开始的时候将所有点同时在x方向上移动相同的距离，这样隐藏的波形就会被平移出来，当平移距离达到一个波长时，这时候将所有点的x坐标又恢复到平移前的值，这样就可以一个波形一个波形地往外传输。用草图表示如下：

WaveView的原理在上图很直观的看出来了，P[2n+1]，n>=0都是贝塞尔曲线的控制点，红线为水位线。

知道原理以后可以看代码了：

WaveView.java：

 

package com.jingchen.waveview;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;

import android.content.Context;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.graphics.Paint.Align;
import android.graphics.Paint.Style;
import android.graphics.Region.Op;
import android.graphics.Path;
import android.graphics.RectF;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.util.AttributeSet;
import android.view.View;

/**
 * 水流波动控件
 *
 * @author chenjing
 *
 */
public class WaveView extends View
{

    private int mViewWidth;
    private int mViewHeight;

    /**
     * 水位线
     */
    private float mLevelLine;

    /**
     * 波浪起伏幅度
     */
    private float mWaveHeight = 80;
    /**
     * 波长
     */
    private float mWaveWidth = 200;
    /**
     * 被隐藏的最左边的波形
     */
    private float mLeftSide;

    private float mMoveLen;
    /**
     * 水波平移速度
     */
    public static final float SPEED = 1.7f;

    private List<Point> mPointsList;
    private Paint mPaint;
    private Paint mTextPaint;
    private Path mWavePath;
    private boolean isMeasured = false;

    private Timer timer;
    private MyTimerTask mTask;
    Handler updateHandler = new Handler()
    {

        @Override
        public void handleMessage(Message msg)
        {
            // 记录平移总位移
            mMoveLen += SPEED;
            // 水位上升
            mLevelLine -= 0.1f;
            if (mLevelLine < 0)
                mLevelLine = 0;
            mLeftSide += SPEED;
            // 波形平移
            for (int i = 0; i < mPointsList.size(); i++)
            {
                mPointsList.get(i).setX(mPointsList.get(i).getX() + SPEED);
                switch (i % 4)
                {
                case 0:
                case 2:
                    mPointsList.get(i).setY(mLevelLine);
                    break;
                case 1:
                    mPointsList.get(i).setY(mLevelLine + mWaveHeight);
                    break;
                case 3:
                    mPointsList.get(i).setY(mLevelLine - mWaveHeight);
                    break;
                }
            }
            if (mMoveLen >= mWaveWidth)
            {
                // 波形平移超过一个完整波形后复位
                mMoveLen = 0;
                resetPoints();
            }
            invalidate();
        }

    };

    /**
     * 所有点的x坐标都还原到初始状态，也就是一个周期前的状态
     */
    private void resetPoints()
    {
        mLeftSide = -mWaveWidth;
        for (int i = 0; i < mPointsList.size(); i++)
        {
            mPointsList.get(i).setX(i * mWaveWidth / 4 - mWaveWidth);
        }
    }

    public WaveView(Context context)
    {
        super(context);
        init();
    }

    public WaveView(Context context, AttributeSet attrs)
    {
        super(context, attrs);
        init();
    }

    public WaveView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyle)
    {
        super(context, attrs, defStyle);
        init();
    }

    private void init()
    {
        mPointsList = new ArrayList<Point>();
        timer = new Timer();

        mPaint = new Paint();
        mPaint.setAntiAlias(true);
        mPaint.setStyle(Style.FILL);
        mPaint.setColor(Color.BLUE);

        mTextPaint = new Paint();
        mTextPaint.setColor(Color.WHITE);
        mTextPaint.setTextAlign(Align.CENTER);
        mTextPaint.setTextSize(30);

        mWavePath = new Path();
    }

    @Override
    public void onWindowFocusChanged(boolean hasWindowFocus)
    {
        super.onWindowFocusChanged(hasWindowFocus);
        // 开始波动
        start();
    }

    private void start()
    {
        if (mTask != null)
        {
            mTask.cancel();
            mTask = null;
        }
        mTask = new MyTimerTask(updateHandler);
        timer.schedule(mTask, 0, 10);
    }

    @Override
    protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)
    {
        super.onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);
        if (!isMeasured)
        {
            isMeasured = true;
            mViewHeight = getMeasuredHeight();
            mViewWidth = getMeasuredWidth();
            // 水位线从最底下开始上升
            mLevelLine = mViewHeight;
            // 根据View宽度计算波形峰值
            mWaveHeight = mViewWidth / 2.5f;
            // 波长等于四倍View宽度也就是View中只能看到四分之一个波形，这样可以使起伏更明显
            mWaveWidth = mViewWidth * 4;
            // 左边隐藏的距离预留一个波形
            mLeftSide = -mWaveWidth;
            // 这里计算在可见的View宽度中能容纳几个波形，注意n上取整
            int n = (int) Math.round(mViewWidth / mWaveWidth + 0.5);
            // n个波形需要4n+1个点，但是我们要预留一个波形在左边隐藏区域，所以需要4n+5个点
            for (int i = 0; i < (4 * n + 5); i++)
            {
                // 从P0开始初始化到P4n+4，总共4n+5个点
                float x = i * mWaveWidth / 4 - mWaveWidth;
                float y = 0;
                switch (i % 4)
                {
                case 0:
                case 2:
                    // 零点位于水位线上
                    y = mLevelLine;
                    break;
                case 1:
                    // 往下波动的控制点
                    y = mLevelLine + mWaveHeight;
                    break;
                case 3:
                    // 往上波动的控制点
                    y = mLevelLine - mWaveHeight;
                    break;
                }
                mPointsList.add(new Point(x, y));
            }
        }
    }

    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas)
    {

        mWavePath.reset();
        int i = 0;
        mWavePath.moveTo(mPointsList.get(0).getX(), mPointsList.get(0).getY());
        for (; i < mPointsList.size() - 2; i = i + 2)
        {
            mWavePath.quadTo(mPointsList.get(i + 1).getX(),
                    mPointsList.get(i + 1).getY(), mPointsList.get(i + 2)
                            .getX(), mPointsList.get(i + 2).getY());
        }
        mWavePath.lineTo(mPointsList.get(i).getX(), mViewHeight);
        mWavePath.lineTo(mLeftSide, mViewHeight);
        mWavePath.close();

        // mPaint的Style是FILL，会填充整个Path区域
        canvas.drawPath(mWavePath, mPaint);
        // 绘制百分比
        canvas.drawText("" + ((int) ((1 - mLevelLine / mViewHeight) * 100))
                + "%", mViewWidth / 2, mLevelLine + mWaveHeight
                + (mViewHeight - mLevelLine - mWaveHeight) / 2, mTextPaint);
    }

    class MyTimerTask extends TimerTask
    {
        Handler handler;

        public MyTimerTask(Handler handler)
        {
            this.handler = handler;
        }

        @Override
        public void run()
        {
            handler.sendMessage(handler.obtainMessage());
        }

    }

    class Point
    {
        private float x;
        private float y;

        public float getX()
        {
            return x;
        }

        public void setX(float x)
        {
            this.x = x;
        }

        public float getY()
        {
            return y;
        }

        public void setY(float y)
        {
            this.y = y;
        }

        public Point(float x, float y)
        {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }

    }

}

代码中注释写的很多，不难看懂。

 

Demo的布局：

 

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:background="#000000" >

    <com.jingchen.waveview.WaveView
        android:layout_width="100dp"
        android:background="#ffffff"
        android:layout_height="match_parent"
        android:layout_centerInParent="true" />

</RelativeLayout>

MainActivity的代码：

 

 

package com.jingchen.waveview;

import android.os.Bundle;
import android.app.Activity;
import android.view.Menu;

public class MainActivity extends Activity
{

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
    }

    @Override
    public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu)
    {
        getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
        return true;
    }

}

代码量很少。这样就可以很简单的做出水波效果啦~

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