基于安卓的繪圖軟件開發與設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 pha_eraser, float aspect_ratio, float angle, float lock_alpha, float colorize )。 get_color的功能為獲取當前筆觸在畫布區域中顏色的均值，它也被定義為函數指針，函數原型如下：void mypaint_surface_get_color(MyPaintSurface *self, float x, float y, float radius, float * color_r, float * color_g, float * color_b, float * color_a )。 destroy作用為釋放所用到的數據結構的內存。 MyPaintBrush 結構介紹 在MyPaint中筆刷所需的參數被定義在一個后綴名為“myb”的json格式文件內。在MyPaint中一共包含了42個筆刷參數，這里主要介紹其中常用的部分參數意義，下文提到的筆觸概念將在下節中詳細介紹。 部分參數意義如下：1. opaque：筆刷的透明度，也表示ARGB顏色通道中的alpha通道。2. hardness：表示筆觸的硬度，即筆刷中心深色區域的大小。3. dabs_per_basic_radius、dabs_per_actual_radius、dabs_per_second：這三個參數決定一個筆畫中單個筆觸的密度。4. offset_by_random：單個筆觸的位置隨機偏移量。5. radius_by_random：單個筆觸的半徑隨機偏移量。6. color_h、color_s、color_v：單個筆觸顏色的H、S、V分量。7. smudge：表示該筆刷具有涂抹功能，可以將筆刷顏色與畫布中顏色進行混合。8. elliptical_dab_ratio：表示單個筆觸的寬和長的比例。9. elliptical_dab_angle：表示單個筆觸的旋轉角度。：圖 MyPaintBrush結構圖 states數組保存當前筆觸在畫布中的狀態，states中的內容會隨著筆畫的變化而變化。states保存的狀態包括：筆的壓力、筆觸的半徑、筆觸的位置、筆觸的顏色、筆觸的旋轉角度和筆觸的寬高比等。 RngDouble是一個隨機數生成器。用于產生筆畫過程中需要用到的隨機數。 Settings數組保存從筆刷的json文件中解析出來的參數，基本參數保存在base_value中，其他的一些input參數保存在ControlPoints中，這些input參數會和當前筆觸的參數進行線性運算，運算結果保存到數組settings_value中。 MyPaint筆刷引擎工作原理 MyPaint的基本繪制單位——筆觸在MyPaint中一個基本繪制單位被稱做“dab”，轉換成中文可以被稱作筆觸。在繪畫過程中，一個筆畫是由許多連續的筆觸構成。：圖 筆觸圖將一個筆畫和筆觸間距放大可以看出，一個筆畫是由于許多連續的筆觸構成，：圖 筆畫放大圖筆觸被radius、opaque、hardness、aspect_ration和angle這5個參數所定義：1. radius表示筆觸的半徑。2. opaque表示筆觸中心點的透明度。3. hardness表示筆觸的透明度淡出程度和離筆觸中心點距離的關系。：圖 hardness與opaque關系圖 ，d表示離筆觸中心點的距離，筆觸的透明度隨著離中心點的距離平方的變化呈兩段線性減小的改變。從上圖可以看出hardness的大小在0到1之間。：圖 筆觸透明度在不同hardness和d的分布 hardness小的筆觸可以用來繪制一些有噴槍效果比刷，具有邊界模糊的效果。：圖 噴槍效果筆刷4. 在MyPaint中筆觸不全是正圓形，它也可以被表示為橢圓形。參數aspect_ration和angle被用來定義一個橢圓形的筆觸。：圖 橢圓形筆觸 aspect_ratio為橢圓長軸和短軸的比，aspect_ratio等于a/r。angle為當前橢圓旋轉角度，angle等于β。計算橢圓形筆觸的透明度比正圓形的要復雜點，不過原理是一樣的。計算橢圓形筆觸透明度的偽代碼如下： cs = cos(angle/360*2*pi)。 sn = sin(angle/360*2*pi)。 for each pixel: dx = x dy = y dyr = (dy*csdx*sn)*aspect_ratio。 dxr = (dy*sn+dx*cs)。 dd = (dyr*dyr + dxr*dxr) / (radius*radius)。 if dd 1: opa = 0 else if dd hardness: opa = dd + 1(dd/hardness)。 else opa = hardness/(1hardness)*(1dd)。 pixel_opacity = opa * opaque。：圖 橢圓形筆觸的繪畫效果 本節主要介紹了MyPaint的基本渲染單元——筆觸，以及它是如何被定義的。不同的筆觸參數加上其他的不同參數可以繪制出更加豐富的筆刷，下節將主要介紹筆刷引擎的工作流程。 筆刷引擎的工作流程 MyPaint筆刷引擎主要工作函數MyPaint筆刷引擎的主要作用是根據用戶的輸入的外部參數實時渲染筆觸。這些接受外部參數和實時更新參數的方法被定義到以下幾個主要的函數中。1. int mypaint_brush_stroke_to(MyPaintBrush *self, MyPaintSurface *surface, float x, float y, float pressure, float xtilt, float ytilt, double dtime)；當用戶在畫布上每次移動時，外部設備會有回調函數出發，在每次系統回調這些函數時調用mypaint_brush_stroke_to這個方法，此方法的意義是將筆刷從上一次繪制的點繪制到當前位置，形成一個筆畫。其中的參數意義如下：a) MyPaintBrush和MyPaintSurface的含有以在上文中解釋過，一個含有當前筆刷的數據和方法，一個含有當前畫布的數據和方法。b) x，y表示要筆畫要繪制到的位置的坐標。c) pressure表示用戶繪制到畫布時的筆刷的壓力。在一些PC桌面設備中，會有一些手繪板設備，當用戶在繪畫過程中，會向系統提供當前用戶繪畫時筆的壓力感應參數?，F在的一些Android設備也會提供一些帶有壓力感應的筆，比如三星的GALAXY NOTE系列的Android手機、平板，它提供了帶有壓感的筆，會將筆的壓力參數傳輸給Android設備。d) xtilt，ytilt表示當前筆刷的傾斜角度和旋轉角度，在一些PC高級手繪板中會有這兩個參數提供。對于Android設備，目前沒有發現具有這兩個參數的筆提供，本文暫不做過多討論。e) ditme為兩次接受到系統回調的時間間隔。2. float count_dabs_to (MyPaintBrush *self, float x, float y, float pressure, float dtime)該方法會根據一個筆畫中當前筆觸的位置和需要繪制到的繪制計算出該過程需要繪制筆觸的個數。該方法內的參數和mypaint_brush_stroke_to中的參數意義一致。3. void update_states_and_setting_values (MyPaintBrush *self, float step_dx, float step_dy, float step_dpressure, float step_declination, float step_ascension, float step_dtime)該方法主要用于根據外部用戶輸入參數更新筆刷內部的一些參數，使其應用到每個筆觸中去。a） step_dx、step_dy、step_dpressure表示需要當前筆觸的x、y坐標和筆壓。b） step_dtime表示當前筆觸和上次接受到系統回調的時間間隔。c） step_declination、step_ascension表示的意義和上文介紹的函數mypaint_brush_stroke_to中的xtilt，ytilt意義是相同的。本文暫不過多討論。在MyPaint中，出于性能考慮，筆觸的坐標、壓感、時間都是根據相鄰兩次系統回調時給出的參數進行線性插值來進行計算的。：圖 筆觸進行線性插值4. prepare_and_draw_dab (MyPaintBrush *self, MyPaintSurface * surface)該方法用于根據筆刷當前的參數運算出需要渲染單個筆觸的參數，比如筆觸的位置、大小、顏色等。5. int draw_dab (MyPaintSurface *surface, float x, float y, float radius, float color_r, float color_g, float color_b, float opaque, float hardness, float color_a, float aspect_ratio, float angle, float lock_alpha, float colorize)該方法用于將當前計算好的筆觸參數和當前筆觸所在畫布中包含的tile的位置保存到一個名為OperationQueue的map中，在以后需要繪制筆觸時將其參數彈出并進行使用。6. void get_color (MyPaintSurface *surface, float x, float y, float radius, float * color_r, float * color_g, float * color_b, float * color_a)該方法有兩個作用，一個是將draw_dab方法中保存筆觸參數的OperationQueue中的參數依次彈出，并將該筆觸繪制到畫布中。另一個作用是獲取畫布中當前筆觸所在區域中畫布顏色的平均值，并根據需要將其應用到下個筆觸的繪制中。下節將主要介紹draw_dab和get_color是怎么工作的。 draw_dab和get_color方法的工作原理 為了提高渲染筆觸的效率，MyPaint使用了Open MultiProcessing（OpenMP）多線程編程技術。 OpenMP全稱為OpenMP Architecture Review Board是一種單機多線程技術[8]。程序中通過一些pragma配置即可由編譯器將程序并行化，當選擇忽略這些參數，或者編譯器不支持OpenMP的時候，代碼可以正常運行，只是不能進行多線程運行。 在上文中已經提過，MyPaint將 MyPaintFixedTiledSurface分成許多個大小為64的名為tile的小正方形。這主要是用于OpenMP多線程優化。：圖 基于tile筆觸分割 根據上圖在draw_dab時，MyPaint將單個筆觸按照tile的大小進行分割，并將單個筆觸所包含的tile的位置作為鍵值和筆觸的渲染所需參數作為值壓入名為OperationQueue的map中，在需要渲染該筆觸的時候將其從map中彈出進行其他操作。 在get_color時會根據筆觸所包含tile的位置，將渲染筆觸的參數從OperationQueue中彈出。筆觸會以tile為單位并行的渲染到MyPaintFixedTiledSurface中。 渲染筆觸所包含的單個tile過程在上文中獲取到單個需要渲染的tile的在筆觸中的位置和筆觸的參數后，接下來就是如何將其渲染到我們的畫布MyPaintFixedTiledSurface中去。渲染流程如下：1. 計算當前像素離筆觸中心的距離d，根據上文筆觸的形態定義，計算出所需的，r表示筆觸的半徑。2. 根據所計算出來計算出當前像素的透明度。3. 根據筆觸的透明度和顏色，將該tile繪制到MyPaintFixedTiledSurface中。其繪制過程就是將筆觸的tile的A、R、G、B，4個顏色通道和畫布MyPaintFixedTiledSurface中的4個顏色通道的顏色、透明度進行混合，又稱Blend。在MyPaint中主要含有兩種Blend模式，一種名為Normal，用于普通筆刷；另一種名為Normal_and_Eraser模式，用于有涂抹功能的筆刷,涂抹功能的筆刷可以將畫布區域的顏色和筆刷的顏色進行混合，可以模擬出手在畫布涂抹的效果