Android SurfaceView 多线程绘图
来源:互联网 发布:linux强制关闭程序 编辑:程序博客网 时间:2024/04/19 01:14
以前学习过分形几何,很有意思,由简单的数学公式迭代计算得到的分形图形,放大后不会丢失细节。典型的如Mandelbrot图形:
计算方式也不复杂,由f(z) = z^2 + c,迭代计算 z1=f(z0), z2=f(z1), z3=f(z2)…其中z, c都是复数,可以表示为复平面上的一个点,而每个点的计算次数可以映射为一个颜色值(就像不同温度映射为热成像),把这些不同坐标、不同颜色的点组合起来,就是一张分形图形了。分形图形的详细介绍可以看Matrix67网站。
那么,Android下如何实现呢?
已知使用Bitmap.setPixel(int x, int y, int color)
方法可以将计算结果保存到Bitmap中,有多种方法展示:
- 一次计算出整个图形的Bitmap,显示到ImageView上:
计算时间可能较长,计算过程中看不到任何画面
- 使用SurfaceView,利用可以动态刷新的特点,开启多个线程各计算图片的一部分,某个线程计算完成后将结果刷新到Surface上,直到所有线程结束
- 使用TextureView,原理跟SurfaceView相同。在Android4.0之后使用,支持硬件加速,并且TextureView可以放大,缩小,平移等(这些操作在SurfaceView上无效)
SurfaceView效果图如下:
SurfaceView的基本使用
//创建SurfaceView,也可以直接放到layout布局中 SurfaceView surface = new SurfaceView(this); //获取SurfaceHolder SurfaceHolder holder = surface.getHolder(); //添加Callback holder.addCallback(mCallback); //创建Callback SurfaceHolder.Callback mCallback = new SurfaceHolder.Callback() { @Override public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) { //表示Surface准备好,可以绘制了 //绘制在整个Surface上 Canvas canvas = holder.lockCanvas(); canvas.drawColor(Color.BLACK); holder.unlockCanvasAndPost(canvas); //绘制在Surface中的一个矩形区域内 canvas = holder.lockCanvas(new Rect(0,0,100,100)); canvas.drawColor(Color.RED); holder.unlockCanvasAndPost(canvas); } @Override public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width, int height) { } @Override public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) { //表示Surface销毁,不能绘制 } };
几个注意点:
- Surface的可绘制状态是在SurfaceHolder.Callback的
surfaceCreated(SurfaceHolder holder)
方法回调后,surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder)
方法回调前,可以用一个boolean变量标记可绘制状态,在每次绘制前先判断这个变量。如果在Surface创建前,或者Surface销毁后进行绘制,也会直接抛出异常holder.unlockCanvasAndPost(Canvas c)
,从方法名中的post可以看出,这个方法不是立即执行的,连续多次调用会一次显示最终的结果。比如,画一个矩形,调用unlockCanvasAndPost,接着画另一个矩形,调用unlockCanvasAndPost,Surface上会直接显示两个矩形holder.lockCanvas(Rect r)
,这个方法会从Surface中取出一块矩形区域进行刷新,Surface中的其他部分保持原样,也就是动态局部刷新。这个方法调用后会修改传入的参数 Rect r!!!如果后面还要用 r,就不能指望 r 中还是原来的数据,建议传入参数时构造一个新的Rect对象–lockCanvas(new Rect(r))
- 从lockCavas()到unlockCanvasAndPost()的过程只能有一个线程操作(不需要是主线程)。也就是不能线程A调用了lockCavas(),还没有unlock,另一个线程B就跑来lock,这时会直接抛出异常。要使用多线程操作SurfaceView的话,可以把这两个方法封装在一个同步方法里,或者使用其他方式保证同一时间只有一个线程在修改Surface
(下面是具体的方法)
计算一块矩形区域的分形图形,并保存到Bitmap中
调整传入的参数可以得到不同的图形
public Bitmap calculateBitmap(Rect r, float re, float im) { Complex z = new Complex(0f,0f); Complex c = new Complex(re, im); Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(r.width(), r.height(), Bitmap.Config.RGB_565); for (int i = r.left - width / 2; i < r.right - width / 2; i++) { for (int j = r.top - height / 2; j < r.bottom - height / 2; j++) { z.re = i * 2f / width; z.im = j * 3f / height; int k = 0; for (; k < ITERATE_TIMES; k++) { if (z.abs() > 2) break; z.mul(z); z.add(c); } int color = generateColor(k); bitmap.setPixel((i + width / 2) % r.width(), (j + height / 2) % r.height(), color); } } return bitmap; }
把迭代次数映射为颜色值
修改这个方法可以得到不同的颜色效果
protected int generateColor(int k) { int r, g, b; if (k < 16) { g = 0; b = 16 * k - 1; r = b; } else if (k < 32) { g = 16 * (k - 16); b = 16 * (32 - k) - 1; r = g; } else if (k < 64) { g = 8 * (64 - k) - 1; r = g; b = 0; } else { // range is 64 - 127 r = 0; g = 0; b = 0; } return Color.argb(255, r, g, b); }
同步绘图
synchronized void drawBitmap(SurfaceHolder holder, Rect r, Bitmap bitmap) { if (isAvailable.get()) { Canvas canvas = holder.lockCanvas(new Rect(r)); canvas.drawBitmap(bitmap, r.left, r.top, null); holder.unlockCanvasAndPost(canvas); } }
多线程计算
- 先将屏幕切分成多个矩形方块,便于开启多线程计算,将得到的所有Rect保存到一个集合中,可以使用
Collections.shuffle()
方法打乱排序,获得不同的视觉效果; - 然后使用
Executors.newFixedThreadPool(5)
方法建立一个最大5个线程的线程池(这个数字跟设备CPU核数有关,一般用2*核数+1。线程数太少不能充分发挥CPU的性能;线程数太多了没有意义,实际开不了那么多线程,但没有发现负面作用); - 遍历Rect集合,每取出一个Rect就丢到线程池中去计算,计算完调用同步绘图方法刷新SurfaceView。
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); ArrayList<Rect> list = new ArrayList<>(xCount * yCount); for (int i = 0; i < xCount; i++) { for (int j = 0; j < yCount; j++) { Rect r = new Rect(i * xSize, j * ySize, (i + 1) * xSize, (j + 1) * ySize); list.add(r); } } //打乱排序 Collections.shuffle(list); for (final Rect r : list) { executorService.execute(new Runnable() { @Override public void run() { Bitmap bitmap = calculateBitmap(r); syncDraw(r, bitmap); } }); }
将Surface切分为条状的效果如下
上面是绘制一张图形的方法,改变calculateBitmap(Rect r, float re, float im)
方法的参数可以得到完全不同的图形。如果每个线程计算一个参数下的整个图形,计算完刷新整个Surface,就能看到参数变化的动态效果(即帧动画,由于计算速度的限制,导致帧数很低-_-!!):
这里用到生产者-消费者模型,多个线程生产(计算Bitmap),一个线程消费(将Bitmap绘制到SurfaceView上)。Java中一般而言有两种方法:一是利用wait/notify(notifyAll)机制;二是使用java.util.concurrent包中的对象,如BlockingQueue、ConcurrentMap等。后者能自动处理并发问题,使用起来比较方便,新代码中没有必要使用前者。当然后者也是对前者的封装,最好能了解前者的原理。
- 构造一个
ConcurrentHashMap<Integer, Bitmap>
用于保存序号和对应的Bitmap图形 - 构造一个线程池,在一个固定次数(如500)的循环内,添加线程任务(生产者线程):根据循环变量生成渐变的参数,计算出对应的Bitmap图形,然后将循环的次数和Bitmap图形添加到ConcurrentHashMap中(如果直接绘图,就不能保证图形变化跟随参数变化的顺序)
- 添加消费者线程任务:每个一段时间从ConcurrentHashMap中取出循环变量对应的Bitmap,要用
remove()
而不是get()
,否则map的大小会不断增大。如果取出的Bitmap不为空,就绘制到SurfaceView上(因为是单线程操作,所以没必要用同步方法),否则继续等待和取出。
注意要先添加消费者线程,再添加生产者线程(我的叙述是反的),否则消费者线程可能挤不进去!
final ConcurrentHashMap<Integer, Bitmap> map = new ConcurrentHashMap<>(10); service = Executors.newFixedThreadPool(6); service.execute(new Runnable() { @Override public void run() { int i = 0; paint = new Paint(); paint.setColor(Color.RED); while (isAvailable.get()) { int waitTime = map.size() == 0 ? 1000 : 1000 / map.size(); SystemClock.sleep(waitTime); Bitmap bitmap = map.remove(i); if (bitmap != null) { String text = "(" + String.format("%.5f", C.re + FACTOR_RE * i) +" , " + String.format("%.5f", C.im + FACTOR_IM * i) + ") buffered: " + map.size(); drawBitmapAndText(bitmap, text); i++; } } } }); for (int i = 0; i < 500; i++) { final int I = i; service.execute(new Runnable() { @Override public void run() { float re = C.re + FACTOR_RE * I; float im = C.im + FACTOR_IM * I; Bitmap bitmap = calculateBitmap(new Rect(0, 0, width, height), re, im); map.put(I, bitmap); } }); }
调整参数的变化范围后的动画如下
思路和主要代码上面都讲了,完整的项目代码在Github上:
* rome753/SurfacePaint,欢迎star和fork
感谢 http://www.matrix67.com 网站和分形绘图的开源项目 https://github.com/redknotmiaoyuqiao/Fractal
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