Android自定义控件实战——水流波动效果的实现WaveView

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   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 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();
         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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