Android WaveView实现水流波动效果

 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<Point> 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<Point>(); 
  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。

源码下载： 《Android实现水流波动效果》