Android手写优化-平滑的签名效果实现

前言

这是一篇从squareup翻译来的文章，原文在这，之前有人在TIEYE上翻译过这篇文章，但现在链接已经失效，手写效率问题一直是Android平台上一个比较棘手的问题，所以有必要将这篇文章带给Android开发者，这篇文章在ITEYE那篇译文的基础上有所改动，如果英语还可以，请尽量阅读原文。

正文

在信用卡支付流程中，使用手写签名能够提高支付的安全性，并有效降低过程成本。使用Square在手机上进行支付，用户可以用手指在屏幕上签名，无需拿出笔来在收据上签字。

after

提示：该界面中提供了摇一摇清屏的功能

用户在该界面提供的签名，将签署在电子邮件收据中，以帮助Square监测和防止消费欺诈。

下面我们尝试在Android客户端上实现该界面，先尝试从最简单可行的方式开始：自定义一个View，能够监听触屏事件，并根据触摸路径画出点。

public class SignatureView extends View {
  private Paint paint = new Paint();
  private Path path = new Path();

  public SignatureView(Context context, AttributeSet attrs) {
    super(context, attrs);

    paint.setAntiAlias(true);
    paint.setColor(Color.BLACK);
    paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
    paint.setStrokeJoin(Paint.Join.ROUND);
    paint.setStrokeWidth(5f);
  }

  @Override
  protected void onDraw(Canvas canvas) {
    canvas.drawPath(path, paint);
  }

  @Override
  public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
    float eventX = event.getX();
    float eventY = event.getY();

    switch (event.getAction()) {
      case MotionEvent.ACTION_DOWN:
        path.moveTo(eventX, eventY);
        return true;
      case MotionEvent.ACTION_MOVE:
      case MotionEvent.ACTION_UP:
        path.lineTo(eventX, eventY);
        break;
      default:
        return false;
    }

    // Schedules a repaint.
    invalidate();
    return true;
  }
}

可以看到实现出来的效果还是与预期有一定差距的，签名的笔画有锯齿，并且明显反应迟钝，笔迹跟不上手指。

before

下面我们尝试从两个不同的途径来解决上面的问题。

触屏事件丢失

笔迹跟不上手指这个问题，可能的原因是：

• Android对触屏事件的采样率过低；

• 绘制事件阻塞了触屏事件的采样；

幸运的是，经过实验考证，问题并不是这两个原因导致的。同时，我们发现Android对触屏事件进行批量处理。传递给onTouchEvent()的每一个MotionEvent都包含上至前一个onTouchEvent()调用之间捕获的若干个坐标点。如果将这些点都加入到绘制中，可使签名效果更加平滑。

隐藏的坐标数组可以通过MotionEvent类的下列方法获取：

• ·getHistorySize()

• ·getHistoricalX(int)

• ·getHistoricalY(int)

下面我们利用这些方法，将中间点包含进SignatureView的绘制：

public class SignatureView extends View {
  public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
    ...
    switch (event.getAction()) {
      case MotionEvent.ACTION_MOVE:
      case MotionEvent.ACTION_UP:

        // When the hardware tracks events faster than they are delivered,
        // the event will contain a history of those skipped points.
        int historySize = event.getHistorySize();
        for (int i = 0; i < historySize; i++) {
          float historicalX = event.getHistoricalX(i);
          float historicalY = event.getHistoricalY(i);
          path.lineTo(historicalX, historicalY);
        }

        // After replaying history, connect the line to the touch point.
        path.lineTo(eventX, eventY);
        break;
    ...
  }
}

这个简单的改进，使签名效果外观有了显著的提升。但该View对触屏的响应仍然迟钝。

局部刷新

我们的SignatureView在每一次调用onTouchEvent()时，会在触屏坐标之间画线，并进行全屏刷新，但即使只是很小的像素级变动，也需要全屏重绘。

显然，全屏重绘效率低下且没有必要。我们可以使用 View.invalidate(Rect) 方法，选择性地对新添画线的矩形区域进行局部刷新，可以显著提高绘制性能。

采用的算法思路如下：

• 创建一个代表脏区域的矩形；

• 获得 ACTION_DOWN 事件的 X 与 Y 坐标，用来设置矩形的顶点；

• 获得 ACTION_MOVE 和 ACTION_UP 事件的新坐标点，加入到矩形中使之拓展开来（别忘了上文说过的历史坐标点）；

• 刷新脏区域。

采用该算法后，我们能够明显感觉到触屏响应性能的大幅提升。

以上我们对SignatureView进行了两方面的改造提升：

• 将触屏事件的中间点加入绘制，使笔画更加流畅逼真；

• 以局部刷新取代全屏刷新，提高绘图性能，使触屏响应更加迅速。

最终的效果出炉：

after

下面是SignatureView的最终完成代码，我们去掉了一些无关的方法（如摇动检测）

public class SignatureView extends View {

  private static final float STROKE_WIDTH = 5f;

  /** Need to track this so the dirty region can accommodate the stroke. **/
  private static final float HALF_STROKE_WIDTH = STROKE_WIDTH / 2;

  private Paint paint = new Paint();
  private Path path = new Path();

  /**
   * Optimizes painting by invalidating the smallest possible area.
   */
  private float lastTouchX;
  private float lastTouchY;
  private final RectF dirtyRect = new RectF();

  public SignatureView(Context context, AttributeSet attrs) {
    super(context, attrs);

    paint.setAntiAlias(true);
    paint.setColor(Color.BLACK);
    paint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
    paint.setStrokeJoin(Paint.Join.ROUND);
    paint.setStrokeWidth(STROKE_WIDTH);
  }

  /**
   * Erases the signature.
   */
  public void clear() {
    path.reset();

    // Repaints the entire view.
    invalidate();
  }

  @Override
  protected void onDraw(Canvas canvas) {
    canvas.drawPath(path, paint);
  }

  @Override
  public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
    float eventX = event.getX();
    float eventY = event.getY();

    switch (event.getAction()) {
      case MotionEvent.ACTION_DOWN:
        path.moveTo(eventX, eventY);
        lastTouchX = eventX;
        lastTouchY = eventY;
        // There is no end point yet, so don't waste cycles invalidating.
        return true;

      case MotionEvent.ACTION_MOVE:
      case MotionEvent.ACTION_UP:
        // Start tracking the dirty region.
        resetDirtyRect(eventX, eventY);

        // When the hardware tracks events faster than they are delivered, the
        // event will contain a history of those skipped points.
        int historySize = event.getHistorySize();
        for (int i = 0; i < historySize; i++) {
          float historicalX = event.getHistoricalX(i);
          float historicalY = event.getHistoricalY(i);
          expandDirtyRect(historicalX, historicalY);
          path.lineTo(historicalX, historicalY);
        }

        // After replaying history, connect the line to the touch point.
        path.lineTo(eventX, eventY);
        break;

      default:
        debug("Ignored touch event: " + event.toString());
        return false;
    }

    // Include half the stroke width to avoid clipping.
    invalidate(
        (int) (dirtyRect.left - HALF_STROKE_WIDTH),
        (int) (dirtyRect.top - HALF_STROKE_WIDTH),
        (int) (dirtyRect.right + HALF_STROKE_WIDTH),
        (int) (dirtyRect.bottom + HALF_STROKE_WIDTH));

    lastTouchX = eventX;
    lastTouchY = eventY;

    return true;
  }

  /**
   * Called when replaying history to ensure the dirty region includes all
   * points.
   */
  private void expandDirtyRect(float historicalX, float historicalY) {
    if (historicalX < dirtyRect.left) {
      dirtyRect.left = historicalX;
    } else if (historicalX > dirtyRect.right) {
      dirtyRect.right = historicalX;
    }
    if (historicalY < dirtyRect.top) {
      dirtyRect.top = historicalY;
    } else if (historicalY > dirtyRect.bottom) {
      dirtyRect.bottom = historicalY;
    }
  }

  /**
   * Resets the dirty region when the motion event occurs.
   */
  private void resetDirtyRect(float eventX, float eventY) {

    // The lastTouchX and lastTouchY were set when the ACTION_DOWN
    // motion event occurred.
    dirtyRect.left = Math.min(lastTouchX, eventX);
    dirtyRect.right = Math.max(lastTouchX, eventX);
    dirtyRect.top = Math.min(lastTouchY, eventY);
    dirtyRect.bottom = Math.max(lastTouchY, eventY);
  }
}