用 Flutter 的 Canvas 畫點(diǎn)有趣的圖形

簡介

上一篇我們介紹了使用 Flutter 的 Canvas 繪制基本圖形的示例，簡單的示例沒什么好玩的，今天這一篇我們來點(diǎn)有趣的，我們會(huì)完成如下圖形的繪制：

  1. 發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)重復(fù)之美：使用等邊三角形組合成彩虹傘面。
  2. 繪制彩虹。
  3. 繪制評(píng)分用的五角星。

通過這一篇，我們可以知道自定義形狀繪制的基本原理，然后可以在這個(gè)基礎(chǔ)上繪制你自己想要繪制的圖形。

等邊三角形構(gòu)建重復(fù)之美

首先我們來繪制等邊三角形，其實(shí)上一篇我們也有繪制等邊三角形，只是那是將三個(gè)頂點(diǎn)手動(dòng)計(jì)算出來的，這一篇我們封裝一個(gè)繪制等邊三角形的通用方法。老規(guī)矩，先定義方法的輸入?yún)?shù)，如下所示：

  • canvas：Canvas 畫布
  • color：繪制顏色
  • startVertex：三角形的第一個(gè)頂點(diǎn)位置，這里我們其他邊都是相對(duì)這個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的
  • length：邊長
  • startAngle：第一條邊相對(duì)水平方向旋轉(zhuǎn)的夾角，這樣我們可以改變夾角來更改三角形的繪制位置。
  • clockwise：順時(shí)針繪制，如果是順時(shí)針，則繪制的偏移夾角往順時(shí)針方向開始，否則逆時(shí)針。
  • filled：是否填充圖形。
void drawEquilateralTriangle(
    Canvas canvas, {
    required Color color,
    required Offset startVertex,
    required double length,
    double startAngle = 0,
    clockwise = true,
    filled = true,
  })

等邊三角形基于一個(gè)頂點(diǎn)，一條邊和起始角度后就可以計(jì)算其他兩個(gè)頂點(diǎn)的位置，具體推到通過三角函數(shù)就可以了。


三角形

具體計(jì)算三角形的三個(gè)頂點(diǎn)的方法如下，這里逆時(shí)針方向和順時(shí)針方向的計(jì)算方式有點(diǎn)不同，需要區(qū)分一下。

static List<Offset> getEquilateralTriangleVertexes(
      Offset startVertex, double length,
      {double startAngle = 0, bool clockwise = true}) {
  double point2X, point2Y, point3X, point3Y;
  point2X = startVertex.dx + length * cos(startAngle);
  point2Y = startVertex.dy - length * sin(startAngle);
  if (clockwise) {
    point3X = startVertex.dx + length * cos(pi / 3 + startAngle);
    point3Y = startVertex.dy - length * sin(pi / 3 + startAngle);
  } else {
    point3X = startVertex.dx + length * cos(pi / 3 - startAngle);
    point3Y = startVertex.dy + length * sin(pi / 3 - startAngle);
  }

  return [startVertex, Offset(point2X, point2Y), Offset(point3X, point3Y)];
}

有了頂點(diǎn)我們就可以使用 Path 將頂點(diǎn)連起來就完成等邊三角形的繪制了，繪制三角形的實(shí)現(xiàn)方法如下：

void drawEquilateralTriangle(
    Canvas canvas, {
    required Color color,
    required Offset startVertex,
    required double length,
    double startAngle = 0,
    clockwise = true,
    filled = true,
  }) {
    assert(length > 0);
    Path trianglePath = Path();
    List<Offset> vertexes = ShapesUtil.getEquilateralTriangleVertexes(
      startVertex,
      length,
      clockwise: clockwise,
      startAngle: startAngle,
    );
    trianglePath.moveTo(vertexes[0].dx, vertexes[0].dy);
    for (int i = 1; i < vertexes.length; i++) {
      trianglePath.lineTo(vertexes[i].dx, vertexes[i].dy);
    }
    trianglePath.close();
    Paint paint = Paint();
    paint.color = color;
    if (!filled) {
      paint.style = PaintingStyle.stroke;
    }
    canvas.drawPath(trianglePath, paint);
  }
}

單獨(dú)一個(gè)三角形沒啥意思，我們通過畫6個(gè)等邊三角形，每個(gè)三角形旋轉(zhuǎn)60度，空心繪制看看怎么樣？


6個(gè)等邊三角形

一個(gè) 完美的六邊形出來了，再試試12個(gè)怎么樣。


12個(gè)等邊三角形

形狀越多，會(huì)越接近圓形，你會(huì)充分發(fā)現(xiàn)對(duì)稱之美。下面是我們用24個(gè)三角形，填充不同顏色后的效果。有點(diǎn)像一把彩虹傘的傘面了，感覺是不是很美？

彩虹傘？

上面圖形的實(shí)現(xiàn)代碼如下，其中顏色是通過一個(gè)顏色數(shù)組完成的。

int number = 24;
for (int i = 0; i < number; ++i) {
  drawEquilateralTriangle(
    canvas,
    color: colors[i],
    startVertex: Offset(center.width, center.height),
    length: 120,
    startAngle: i * 2 * pi / number,
    clockwise: true,
    filled: true,
  );
}

繪制彩虹

有了上面的彩虹傘一樣的啟發(fā)，我們決定來繪制彩虹。彩虹其實(shí)比較簡單，繪制7條不同顏色的弧線即可。這里講一下弧線的繪制約束。如下圖所示，實(shí)際上弧線是通過矩形的內(nèi)接橢圓限制的（這里用正方形，內(nèi)接為圓形示例）。外面的矩形限制了橢圓位置和尺寸，而通過 startAngle (起始角度）和 sweepAngle (弧線覆蓋的角度范圍）就能夠確定弧線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，從而得到一段弧線。注意的是，數(shù)學(xué)里我們是逆時(shí)針角度為正，但是在 Flutter 默認(rèn)是順時(shí)針為正，因此如果你要從逆時(shí)針方向開始角度就要設(shè)置為負(fù)數(shù)。

弧線繪制

下面是弧線繪制的示例代碼：

Path path1 = Path();
Rect rect1 = Rect.fromLTWH(startPoint.dx + (width - innerWidth) / 2,
    startPoint.dy + (width - innerWidth) / 2, innerWidth, innerWidth);
path1.arcTo(rect1, -pi / 6, -2 * pi / 3, true);
paint.color = colors[i];
canvas.drawPath(path1, paint);

有了這個(gè)基礎(chǔ)，我們通過循環(huán) ，繪制7條弧線，保證每條弧線挨著就行。而弧線的線條粗細(xì)可以用畫筆的寬度來搞定，代碼如下。我們這里每條弧線的中心、起始角度和覆蓋角度是一樣的，通過改變不同弧線的正方形邊長實(shí)現(xiàn)彩虹弧線的位置不同，然后畫筆粗細(xì)保持為每條彩虹的高度的一半就可以保證每條彩虹是挨著的了。

void drawRainbow(
    Canvas canvas, {
    required Offset startPoint,
    required double width,
  }) {
  assert(width > 0);
  var paint = Paint();
  double rowHeight = 12;
  paint.strokeWidth = rowHeight / 2;
  List<Color> colors = [
    Color(0xFFE05100),
    Color(0xFFF0A060),
    Color(0xFFE0E000),
    Color(0xFF10F020),
    Color(0xFF2080F5),
    Color(0xFF104FF0),
    Color(0xFFA040E5),
  ];
  paint.style = PaintingStyle.stroke;
  for (var i = 0; i < 7; i++) {
    double innerWidth = width - i * rowHeight;
    Path path1 = Path();
    Rect rect1 = Rect.fromLTWH(startPoint.dx + (width - innerWidth) / 2,
        startPoint.dy + (width - innerWidth) / 2, innerWidth, innerWidth);
    path1.arcTo(rect1, -pi / 6, -2 * pi / 3, true);
    paint.color = colors[i];
    canvas.drawPath(path1, paint);
  }
}

最終效果如下圖所示。


彩虹

繪制五角星

五角星相對(duì)來說會(huì)復(fù)雜一些，主要是要知道通過中心點(diǎn)確定10個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，這里就需要利用二維坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)公式了，具體可以查閱相關(guān)資料，結(jié)論是一個(gè)點(diǎn)(x2, y2)圍繞另一個(gè)點(diǎn)(x1, y1)旋轉(zhuǎn)某個(gè)角度（α）后得到的新坐標(biāo)(x, y)計(jì)算方式如下：

坐標(biāo)計(jì)算

有了這個(gè)基礎(chǔ)，我們就可以基于五角星的中心點(diǎn)，第一個(gè)頂點(diǎn)，邊長（間隔一個(gè)點(diǎn)連線的線段長度）來通過旋轉(zhuǎn)計(jì)算其他頂點(diǎn)了。其中外面5頂點(diǎn)一組計(jì)算，內(nèi)部5個(gè)頂點(diǎn)一組計(jì)算。最終獲取5個(gè)頂點(diǎn)的代碼如下：

static List<Offset> getStarVertexes(Offset center, double length) {
  assert(length > 0);
  // 外接圓半徑計(jì)算（五角星銳角為36度）
  double radius = length / 2 / cos(18 / 180 * pi);
  // 內(nèi)部頂點(diǎn)的半徑
  double innerRadius =
      radius / (cos(36 / 180 * pi) + sin(36 / 180 * pi) / sin(18 / 180 * pi));
  List<Offset> vertexes = [];
  Offset outerStartVertex = Offset(center.dx, center.dy - radius);
  Offset innerStartVertex = Offset(
    center.dx - innerRadius * sin(36 / 180 * pi),
    center.dy - innerRadius * cos(36 / 180 * pi),
  );
  vertexes.add(outerStartVertex);
  vertexes.add(innerStartVertex);
  // 計(jì)算方式為以第一個(gè)頂點(diǎn)圍繞五角星中心點(diǎn)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)得到
  const double rotateAngle = 72 / 180 * pi;
  for (int i = 1; i < 5; ++i) {
    vertexes.add(Offset(
      center.dx +
          (outerStartVertex.dx - center.dx) * cos(-i * rotateAngle) -
          (outerStartVertex.dy - center.dy) * sin(-i * rotateAngle),
      center.dy +
          (outerStartVertex.dy - center.dy) * cos(-i * rotateAngle) +
          (outerStartVertex.dx - center.dx) * sin(-i * rotateAngle),
    ));
    vertexes.add(Offset(
      center.dx +
          (innerStartVertex.dx - center.dx) * cos(-i * rotateAngle) -
          (innerStartVertex.dy - center.dy) * sin(-i * rotateAngle),
      center.dy +
          (innerStartVertex.dy - center.dy) * cos(-i * rotateAngle) +
          (innerStartVertex.dx - center.dx) * sin(-i * rotateAngle),
    ));
  }

  return vertexes;
}

有了頂點(diǎn)，繪制方式就和三角形一樣了，將頂點(diǎn)連起來就好了。下面是我們繪制了一個(gè)常見的五星評(píng)分的圖形。

五星評(píng)分

總結(jié)

本篇介紹了基于 Flutter 的 CustomPaint 繪制定制化圖形的示例，可以看到，其實(shí)只要 UI 小姐姐給出的圖形能夠用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示出來，都可以用 CustomPaint 的 Canvas 來實(shí)現(xiàn)。本篇代碼已上傳至：繪圖相關(guān)代碼。

當(dāng)然，如果 UI 小姐姐給了一個(gè)無法用數(shù)學(xué)表達(dá)式解決的形狀，那么你要往深處想想，小姐姐是不是看上你了！如果不是看上你，那么你可以大膽地回一句：“這個(gè)做不了，給我切個(gè)圖吧！”

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