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前言

quartz是一個通用的術語，用于描述在iOS和MAC OS X 中整個媒體層用到的多種技術 包括圖形、動畫、音頻、適配。Quart 2D 是一組二維繪圖和渲染API，Core Graphic會使用到這組API，Quartz Core專指Core Animation用到的動畫相關的庫、API和類。CoreGraphics 是UIKit下的主要繪圖系統(tǒng)，頻繁的用于繪制自定義視圖。Core Graphics是高度集成于UIView和其他UIKit部分的。Core Graphics數(shù)據(jù)結構和函數(shù)可以通過前綴CG來識別。在app中很多時候繪圖等操作我們要利用CoreGraphic框架，它能繪制字符串、圖形、漸變色等等，是一個很強大的工具。下面幾篇就主要介紹CoreGraphics這個工具。

框架概覽

我們先看一下框架CoreGraphics的組成。

#import <CoreGraphics/CoreGraphics.h>

這個框架包含以下的文件。

#ifndef COREGRAPHICS_H_
#define COREGRAPHICS_H_

#include <CoreGraphics/CGBase.h>

#include <CoreGraphics/CGAffineTransform.h>
#include <CoreGraphics/CGBitmapContext.h>
#include <CoreGraphics/CGColor.h>
#include <CoreGraphics/CGColorConversionInfo.h>
#include <CoreGraphics/CGColorSpace.h>
#include <CoreGraphics/CGContext.h>
#include <CoreGraphics/CGDataConsumer.h>
#include <CoreGraphics/CGDataProvider.h>
#include <CoreGraphics/CGError.h>
#include <CoreGraphics/CGFont.h>
#include <CoreGraphics/CGFunction.h>
#include <CoreGraphics/CGGeometry.h>
#include <CoreGraphics/CGGradient.h>
#include <CoreGraphics/CGImage.h>
#include <CoreGraphics/CGLayer.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFArray.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFContentStream.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFContext.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFDictionary.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFDocument.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFObject.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFOperatorTable.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFPage.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFScanner.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFStream.h>
#include <CoreGraphics/CGPDFString.h>
#include <CoreGraphics/CGPath.h>
#include <CoreGraphics/CGPattern.h>
#include <CoreGraphics/CGShading.h>

#endif  /* COREGRAPHICS_H_ */

使用這些文件時必須顯式的引用。

#import <CoreGraphics/CoreGraphics.h>

框架的應用

1. 幾個應用方向

這個框架主要應用的方向其實就是繪制自定義視圖，幾個具有代表性的方向：

• 繪制文字
• 根據(jù)任意路徑繪制圖像
• 繪制漸變色
• 抗鋸齒渲染

2. 幾個專業(yè)術語

還需要注意下面幾個專業(yè)術語：

• 路徑 path
• 陰影 shadow
• 筆畫 stroke
• 剪裁路徑 Clip Path
• 線條粗細 Line Width
• 混合模式Blend Mode
• 填充色 Fill Color
• 當前形變矩陣Current Transform Matrix
• 線條圖案Line Dash

3. 幾個重要概念

上下文 Context

這個是繪圖中最重要的概念，相當于我們畫圖的畫布，我們可以簡單地給Quartz繪圖序列指定不同的Graphics Context，就可將相同的圖像繪制到不同的設備上。而不需要任何設備相關的計算，這些都由Quartz替我們完成。

我們還可以從下面角度理解上下文。

• 一個Graphics Context表示一個繪制目標。它包含繪制系統(tǒng)用于完成繪制指令的繪制參數(shù)和設備相關信息。
• Graphics Context定義了基本的繪制屬性，如顏色、裁減區(qū)域、線條寬度和樣式信息、字體信息、混合模式等。
• 在iOS應用程序中，如果要在屏幕上進行繪制，需要創(chuàng)建一個UIView對象，并實現(xiàn)它的drawRect:方法。視圖的drawRect:方法在視圖顯示在屏幕上及它的內容需要更新時被調用，通過調用UIGraphicsGetCurrentContext()方法可以獲取當前的Graphics Context。
• Quartz2D的坐標系統(tǒng)原點是左下角，UI控件的坐標系統(tǒng)原點是左上角，如果繪圖的上下文，是使用UIGraphicsGetCurrentContext或者其他以UI開頭的方法獲取到的，在繪圖時無需進行坐標轉換。

主要有下面幾種上下文：

• Bitmap Graphics Context
• PDF Graphics Context
• Window Graphics Context
• Layer Graphics Context
• Printer Graphics Context

4. 框架架構及原理

下面看一下ios圖像處理模塊的經(jīng)典原理配圖。

ios圖像處理

最上層是UIKit框架，這是服務于Application的最前端框架，封裝了所有控件類和操作；在其之下是Core Animation框架，借助與這個框架，Apple向開發(fā)人員提供了非常方便的動畫處理功能和圖像渲染功能。再往下，分離成基于GPU繪圖的OpenGL ES層和基于CPU繪圖的Core Graphic層。最底層的就是支持最終繪圖的硬件平臺，包括GPU，CPU，緩存，總線等等。

下面看一下CoreAnimation渲染。

CoreAnimation渲染

這里雖然畫著是他們都具有很明顯的分隔，但是實際上他們的應用是十分緊密的，可以看一下下面的原理圖。

工作原理圖

這里可以看見，CPU和GPU都可以繪圖，不過最終都是送到GPU進行顯示了。

CPU和GPU工作關系

下面看幾個容易混淆的概念CoreGraphics、QuartzCore和Quartz。

• CoreGraphics.framework

  • Quartz 2D : API manages the graphic context and implements drawing.
  • Quartz Services : API provides low level access to the window server. This includes display hardware, resolution, refresh rate, and others.

• QuartzCore.framework

  • Core Animation : Objective-C API to do 2D animation.
  • Core Image: image and video processing (filters, warp, transitions).iOS 5

• Quartz.framework （OS X only）

  • Image Kit: display and edit images.
  • PDF Kit: display and edit PDFs.
  • Quartz Composer: display Quartz Composer compositions.
  • QuickLookUI: preview media elements.

• 其它一些Quartz技術：

  • Quartz Extreme: GPU acceleration for Quartz Composer.
  • QuartzGL (aka "Quartz 2D Extreme"): GPU acceleration for Quartz 2D.

5. 幾個重要的問題

Quartz2D坐標轉換

• CGContextRotateCTM(CGContextRef c, CGFloat angle)方法可以相對原點旋轉上下文坐標系。
  -CGContextTranslateCTM(CGContextRef c, CGFloat tx, CGFloat ty)方法可以相對原點平移上下文坐標系。
• CGContextScaleCTM(CGContextRef c, CGFloat sx, CGFloat sy)方法可以縮放上下文坐標系。

注意：

• 轉換坐標系前，使用CGContextSaveGState(CGContextRef c)保存當前上下文狀態(tài)。
• 坐標系轉換后，使用CGContextRestoreGState(CGContextRef c)可以恢復之前保存的上下文狀態(tài)。

drawRect:方法注意事項

• 是在UIViewController的loadView和viewDidLoad兩方法之后調用的。
• 如果在UIView初始化時沒有設置CGRect，drawRect:將不會被自動調用。
• 如果設置UIView的contentMode屬性值為UIViewContentModeRedraw，那么將在每次更改frame時自動調用drawRect:。
• 如果使用UIView繪圖，只能在drawRect:方法中獲取相應的CGContextRef并繪圖。而在其他方法中獲取的CGContextRef不能用于繪圖。
• 重繪時應該調用setNeedsDisplay，而不能直接調用drawRect:，setNeedsDisplay會自動調用drawRect:。

內存管理問題

• Quartz2D是C語言的框架,并且部分需要自己管理內存，使用含Create或Copy的函數(shù)創(chuàng)建的對象，使用完后必須釋放，否則將導致內存泄露。
• 使用不含有Create或Copy的函數(shù)獲取的對象，則不需要釋放。
• 如果retain了一個對象，不再使用時，需要將其release掉?？梢允褂?code>Quartz 2D的函數(shù)來指定retain和release一個對象。例如，如果創(chuàng)建了一個CGColorSpace對象，則使用函數(shù)CGColorSpaceRetain和CGColorSpaceRelease來retain和release對象。也可以使用 Core Foundation的CFRetain和CFRelease。注意不能傳遞NULL值給這些函數(shù)。

參考文章

1. iOS 2D Graphic（1）—— Concept 基本概念和原理
2. 整理一下CoreGraphic和Quartz2D的知識(一)

后記

未完，待續(xù)~~~

秋天