WPF自定义控件(1)——仪表盘设计[1]

0、小叙闲言

又接手一个新的项目了，再来一次上位机开发。网上有很多控件库，做仪表盘（gauge）的也不少，功能也很强大，但是个人觉得库很臃肿，自己就计划动手来写一个控件库，一是为学习，二是为了项目。下面是我花了一下午的时间做出来的，先看效果： 

这个表盘当前还比较丑，后面会一步一步地完善它的，包括各种美化，相信自己能做到的，加油！！这也是我个人第一次写博客，我会坚持下去，同时也会尽力表述清楚每一个技术细节。源码地址：https://github.com/wj-data/MyGauge

1、表盘总体设计

 一个表盘，就简单来看，应该由四个部分组成，即：表盘外轮廓、刻度（包括小刻度和大刻度）、刻度值、指针。在制作的过程中，略微用了一些数学知识，只要用心思考，都很容易的。设计外观的过程中，用到了对应如下知识点。当然也包括一些C#和WPF的基础知识，如果有不清楚的地方，可以看看刘铁猛老师的《深入浅出WPF》

表盘外轮廓	刻度	刻度值	指针
Path路径绘图	直线	TextBlock控件	Path路径绘图

2、表盘外轮廓

 初步设计，外轮廓由三段组成：yellow、green、red，借助WPF强大的绘图功能，做了一个渐变色，稍微美化了一下，如下图。（此圆的半径为：200px）

明显可以看出来，这个圆由三段弧组成的，如果观察仔细的话，可以隐约看到2根小白线，就是三段弧的分界处。

1.黄色弧绘制

代码如下：

 1 <Path StrokeThickness="30" Width="420" Height="400" StrokeStartLineCap="Round">
 2     <Path.Data>
 3         <PathGeometry Figures="M 0,200 A 200,200 0 0 1 58.57864,58.57864"/>
 4     Path.Data>
 5     <Path.Stroke>
 6         <LinearGradientBrush StartPoint="0,0" EndPoint="0,1">
 7             <LinearGradientBrush.GradientStops>
 8                 <GradientStop Offset="0" Color="Green"/>
 9                 <GradientStop Offset="1.0" Color="Yellow"/>
10             LinearGradientBrush.GradientStops>
11         LinearGradientBrush>
12     Path.Stroke>
13 Path>

其中最为关键的代码是第3行。对其数据点的解释如下表。有不明白的地方，先记下来，后面也会用到，会慢慢理解的。

M 0,200	A 200,200	0 0 1	58.57864,58.57864
M是Path绘图的起点标记 弧的起点坐标为（0,200）	A（arc）是弧的标记 （200,200）表示x轴半径：200;y轴半径：200	圆弧旋转角度[0](有起点和终点，个人感觉这个值并没有什么用) 优势弧的标记[0](否，弧角度小于180) 正负角度标记[1](顺时针画圆)	表示终点，用数学公式计算出来的

（58.57864,58.57864）的计算方式如下：

黄色弧占1/4，故其角度为180*1/4=45度，黄色点的坐标计算如下图。

2.绿色和红色弧绘制

 有了上面黄色弧绘制作为基础，绿色和红色都是同样的道理，下面直接给出绘制三段弧的代码

 1 <Path Stroke="Yellow" StrokeThickness="30" Width="420" Height="400" StrokeStartLineCap="Round">
 2     <Path.Data>
 3         <PathGeometry Figures="M 0,200 A 200,200 0 0 1 58.57864,58.57864"/>
 4     Path.Data>
 5 Path>
 6 <Path Stroke="Green" StrokeThickness="30" Width="420" Height="400">
 7     <Path.Data>
 8         <PathGeometry Figures="M 58.57864,58.57864 A 200,200 0 0 1 341.42136,58.57864" />
 9     Path.Data>
10 Path>
11 <Path Stroke="Red" StrokeThickness="30" Width="420" Height="400" StrokeEndLineCap="Round">
12     <Path.Data>
13         <PathGeometry Figures="M 341.42136,58.57864 A 200,200 0 0 1 400,200" />
14     Path.Data>
15 Path>

代码的重点在加粗的数字部分，为保证代码简洁，结构清晰，去掉了渐变色的处理，后面再加上。上述代码的效果如下图：

3、表盘刻度绘制

对于表盘刻度，是由许多直线段组成，同样可以用XAML语言绘制出来。但是这样，代码量有点大，同时我们也要手动输入许多坐标值，方法很笨，完全没有发挥出C#的功力。下面我先用XAML语言写出一个刻度（小刻度），以说明原理，然后用C#语言在后台绘出所有刻度，这样便于后期代码的维护和仪表盘的个性化定做。在20度角的直线刻度两个坐标的计算如下图所示。直线刻度的起点是在圆心为（200，200），半径为180的圆上；终点是在圆心为（200，200），半径为170的圆上。

根据上述计算出的结果，写出直线的XAML语言的代码和效果如下：

<Line Stroke="Green" StrokeThickness="2" X1="30.85533" Y1="138.43637" X2="40.25225" Y2="141.85658"/>

1.小刻度绘制

有了上面的基础知识，所有的小刻度可以很容易绘制出来，先看C#的后台代码：

 1 public MainWindow()
 2 {
 3     InitializeComponent();
 4     this.DrawScale();
 5 }
 6 /// 

 7 /// 画表盘的刻度
 8 /// 
 9 private void DrawScale()
10 {
11     for (int i = 0; i <= 180; i += 5)
12     {
13         //添加刻度线
14         Line lineScale = new Line();
15 
16         lineScale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0xFF, 0x00, 0));//使用红色的线
17         lineScale.StrokeThickness = 1;//线条的粗细为1
18         //直线刻度的起点，注意角度转为弧度制
19         lineScale.X1 = 200 - 170 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
20         lineScale.Y1 = 200 - 170 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
21         //直线刻度的终点，注意角度转为弧度制
22         lineScale.X2 = 200 - 180 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
23         lineScale.Y2 = 200 - 180 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
24         //将直线画在Canvas画布上
25         this.gaugeCanvas.Children.Add(lineScale);
26     }
27 }

同样，代码的关键点还是在第19，20，22，23行，180-170=10，这个10表示的就是小刻度的长度。画出所有刻度后，效果如下：

2.大刻度绘制

大刻度是每5个小刻度就出现一次，长度为20px，有了画小刻度的基础，实现在刻度非常容易，只需对DrawScale函数稍加修改，如下面的粗体代码所示

 1         private void DrawScale()
 2         {
 3             for (int i = 0; i <= 180; i += 5)
 4             {
 5                 //添加刻度线
 6                 Line lineScale = new Line();
 7 
 8                 if (i % 25 == 0)//说明已经画了5个小刻度了，加一个大刻度
 9                 {
10                     lineScale.X1 = 200 - 160 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
11                     lineScale.Y1 = 200 - 160 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
12                     lineScale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0x00, 0xFF, 0));
13                     lineScale.StrokeThickness = 3;
14                 }
15                 else
16                 {
17                     lineScale.X1 = 200 - 170 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
18                     lineScale.Y1 = 200 - 170 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
19                     lineScale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0xFF, 0x00, 0));
20                     lineScale.StrokeThickness = 1;
21                 }
22                 //直线刻度的终点，注意角度转为弧度制
23                 lineScale.X2 = 200 - 180 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
24                 lineScale.Y2 = 200 - 180 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
25                 //将直线画在Canvas画布上
26                 this.gaugeCanvas.Children.Add(lineScale);
27             }
28         }

最终实现的效果如下图所示，已经越来越接近了。

4、表盘刻度值添加

刻度值是用文本块表示的（TextBlock控件）。控制好文本块在表盘中的坐标就行，实现也很容易，这里有要注意的一点是，由于所有控件是的坐标起点是以左上角为零点，当角度超过90度的时候，坐标应当有所补偿。直接说可能说不清楚，在代码中理解，依旧是对DrawScale()函数进行修改如下：

 1 private void DrawScale()
 2 {
 3     for (int i = 0; i <= 180; i += 5)
 4     {
 5         //添加刻度线
 6         Line lineScale = new Line();
 7 
 8         if (i % 25 == 0)
 9         {
10             lineScale.X1 = 200 - 160 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
11             lineScale.Y1 = 200 - 160 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
12             lineScale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0x00, 0xFF, 0));
13             lineScale.StrokeThickness = 3;
14 
15             //添加刻度值
16             TextBlock txtScale = new TextBlock();
17             txtScale.Text = (i).ToString();
18             txtScale.FontSize = 10;
19             if (i <= 90)//对坐标值进行一定的修正
20             {
21                 Canvas.SetLeft(txtScale, 200 - 155 * Math.Cos(i * Math.PI / 180));
22             }
23             else
24             {
25                 Canvas.SetLeft(txtScale, 190 - 155 * Math.Cos(i * Math.PI / 180));
26             }
27             Canvas.SetTop(txtScale, 200 - 155 * Math.Sin(i * Math.PI / 180));
28             this.gaugeCanvas.Children.Add(txtScale);
29         }
30         else
31         {
32             lineScale.X1 = 200 - 170 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
33             lineScale.Y1 = 200 - 170 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
34             lineScale.Stroke = new SolidColorBrush(Color.FromRgb(0xFF, 0x00, 0));
35             lineScale.StrokeThickness = 1;
36         }
37 
38         lineScale.X2 = 200 - 180 * Math.Cos(i * Math.PI / 180);
39         lineScale.Y2 = 200 - 180 * Math.Sin(i * Math.PI / 180);
40 
41         this.gaugeCanvas.Children.Add(lineScale);
42     }
43 }

添加刻度值后的效果如下图

5、指针绘制

做表盘的指针，可以有很多方案，网上有许多人说，用图片代替，但是图片一旦放大后，就会变得模糊，因此，我还是自己动手，做了一个简单的指针，同样是采用Path方法，使用路径绘图，XAML代码如下，指针主要由2条直线和一根弧组成，使用了橙色填充。

 1 <Path x:Name="indicatorPin" Fill="Orange">
 2     <Path.Data>
 3         <PathGeometry>
 4             <PathGeometry.Figures>
 5                 <PathFigure StartPoint="200,195" IsClosed="True">
 6                     <PathFigure.Segments>
 7                         <LineSegment Point="20,200"/>
 8                         <LineSegment Point="200,205"/>
 9                     PathFigure.Segments>
10                 PathFigure>
11             PathGeometry.Figures>
12         PathGeometry>
13     Path.Data>
14 Path>

 很多表盘中间有一个指示数值的，这里，我也用一个文本块来仿制一下，XAML语言如下，注意，文本块的位置要分配好。

<TextBlock x:Name="currentValueTxtBlock" FontSize="20" Canvas.Left="140" Canvas.Top="150"/>

 最终外观如下图所示：

6、让指针转起来

指针的转动，很明显，是以（200，200）为圆心，各种角度转动，使用了RotateTransform和DoubleAnimation实现转动动画。动画的时间长度根据角度大小分配，1度8个毫秒。转动的角度大小目前是随机生成的，在此，我将转动动画写在canvas_MouseDown事件里面。C#代码如下：

 1 private void Canvas_MouseDown(object sender, MouseButtonEventArgs e)
 2 {
 3     RotateTransform rt = new RotateTransform();
 4     rt.CenterX = 200;
 5     rt.CenterY = 200;
 6 
 7     this.indicatorPin.RenderTransform = rt;
 8 
 9     angelCurrent = angleNext;
10     Random random = new Random();
11     angleNext = random.Next(180);
12 
13     double timeAnimation = Math.Abs(angelCurrent - angleNext) * 8;
14     DoubleAnimation da = new DoubleAnimation(angelCurrent, angleNext, new Duration(TimeSpan.FromMilliseconds(timeAnimation)));
15     da.AccelerationRatio = 1;
16     rt.BeginAnimation(RotateTransform.AngleProperty, da);

最终效果如下，终于做完了，享受一下成果！！

总结心得

此表盘目前虽然很简单，但是自己一步一步思考然后做出来的，后面如果需要添加定制更加强大的功能，相信得心应手的。第一次写博客，比想像中的难多了，感觉很多东西都难以表述清楚。同时为了更好的表达效果，用了visio制图，和MathType公式编辑器，还用了录屏软件录制窗口视频，然后用迅雷看看截出gif图，最后将gif图处理一下，发布至博客里面，着实不容易，相信后面会越来越容易的。

同时，下一目标，将此表盘美化和封装成用户控件，供项目调用。

下下一目标，制作图表控件，敬请关注！！