基于安卓的绘图软件开发与设计论文

基于安卓的绘图软件开发与设计论文内容摘要：

pha_eraser, float aspect_ratio, float angle, float lock_alpha, float colorize )。 get_color的功能为获取当前笔触在画布区域中颜色的均值，它也被定义为函数指针，函数原型如下：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作用为释放所用到的数据结构的内存。 MyPaintBrush 结构介绍 在MyPaint中笔刷所需的参数被定义在一个后缀名为“myb”的json格式文件内。 在MyPaint中一共包含了42个笔刷参数，这里主要介绍其中常用的部分参数意义，下文提到的笔触概念将在下节中详细介绍。 部分参数意义如下：1. opaque：笔刷的透明度，也表示ARGB颜色通道中的alpha通道。 2. hardness：表示笔触的硬度，即笔刷中心深色区域的大小。 3. dabs_per_basic_radius、dabs_per_actual_radius、dabs_per_second：这三个参数决定一个笔画中单个笔触的密度。 4. offset_by_random：单个笔触的位置随机偏移量。 5. radius_by_random：单个笔触的半径随机偏移量。 6. color_h、color_s、color_v：单个笔触颜色的H、S、V分量。 7. smudge：表示该笔刷具有涂抹功能，可以将笔刷颜色与画布中颜色进行混合。 8. elliptical_dab_ratio：表示单个笔触的宽和长的比例。 9. elliptical_dab_angle：表示单个笔触的旋转角度。 ：图 MyPaintBrush结构图 states数组保存当前笔触在画布中的状态，states中的内容会随着笔画的变化而变化。 states保存的状态包括：笔的压力、笔触的半径、笔触的位置、笔触的颜色、笔触的旋转角度和笔触的宽高比等。 RngDouble是一个随机数生成器。 用于产生笔画过程中需要用到的随机数。 Settings数组保存从笔刷的json文件中解析出来的参数，基本参数保存在base_value中，其他的一些input参数保存在ControlPoints中，这些input参数会和当前笔触的参数进行线性运算，运算结果保存到数组settings_value中。 MyPaint笔刷引擎工作原理 MyPaint的基本绘制单位——笔触在MyPaint中一个基本绘制单位被称做“dab”，转换成中文可以被称作笔触。 在绘画过程中，一个笔画是由许多连续的笔触构成。 ：图 笔触图将一个笔画和笔触间距放大可以看出，一个笔画是由于许多连续的笔触构成，：图 笔画放大图笔触被radius、opaque、hardness、aspect_ration和angle这5个参数所定义：1. radius表示笔触的半径。 2. opaque表示笔触中心点的透明度。 3. hardness表示笔触的透明度淡出程度和离笔触中心点距离的关系。 ：图 hardness与opaque关系图 ，d表示离笔触中心点的距离，笔触的透明度随着离中心点的距离平方的变化呈两段线性减小的改变。 从上图可以看出hardness的大小在0到1之间。 ：图 笔触透明度在不同hardness和d的分布 hardness小的笔触可以用来绘制一些有喷枪效果比刷，具有边界模糊的效果。 ：图 喷枪效果笔刷4. 在MyPaint中笔触不全是正圆形，它也可以被表示为椭圆形。 参数aspect_ration和angle被用来定义一个椭圆形的笔触。 ：图 椭圆形笔触 aspect_ratio为椭圆长轴和短轴的比，aspect_ratio等于a/r。 angle为当前椭圆旋转角度，angle等于β。 计算椭圆形笔触的透明度比正圆形的要复杂点，不过原理是一样的。 计算椭圆形笔触透明度的伪代码如下： 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。 ：图 椭圆形笔触的绘画效果 本节主要介绍了MyPaint的基本渲染单元——笔触，以及它是如何被定义的。 不同的笔触参数加上其他的不同参数可以绘制出更加丰富的笔刷，下节将主要介绍笔刷引擎的工作流程。 笔刷引擎的工作流程 MyPaint笔刷引擎主要工作函数MyPaint笔刷引擎的主要作用是根据用户的输入的外部参数实时渲染笔触。 这些接受外部参数和实时更新参数的方法被定义到以下几个主要的函数中。 1. int mypaint_brush_stroke_to(MyPaintBrush *self, MyPaintSurface *surface, float x, float y, float pressure, float xtilt, float ytilt, double dtime)；当用户在画布上每次移动时，外部设备会有回调函数出发，在每次系统回调这些函数时调用mypaint_brush_stroke_to这个方法，此方法的意义是将笔刷从上一次绘制的点绘制到当前位置，形成一个笔画。 其中的参数意义如下：a) MyPaintBrush和MyPaintSurface的含有以在上文中解释过，一个含有当前笔刷的数据和方法，一个含有当前画布的数据和方法。 b) x，y表示要笔画要绘制到的位置的坐标。 c) pressure表示用户绘制到画布时的笔刷的压力。 在一些PC桌面设备中，会有一些手绘板设备，当用户在绘画过程中，会向系统提供当前用户绘画时笔的压力感应参数。 现在的一些Android设备也会提供一些带有压力感应的笔，比如三星的GALAXY NOTE系列的Android手机、平板，它提供了带有压感的笔，会将笔的压力参数传输给Android设备。 d) xtilt，ytilt表示当前笔刷的倾斜角度和旋转角度，在一些PC高级手绘板中会有这两个参数提供。 对于Android设备，目前没有发现具有这两个参数的笔提供，本文暂不做过多讨论。 e) ditme为两次接受到系统回调的时间间隔。 2. float count_dabs_to (MyPaintBrush *self, float x, float y, float pressure, float dtime)该方法会根据一个笔画中当前笔触的位置和需要绘制到的绘制计算出该过程需要绘制笔触的个数。 该方法内的参数和mypaint_brush_stroke_to中的参数意义一致。 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)该方法主要用于根据外部用户输入参数更新笔刷内部的一些参数，使其应用到每个笔触中去。 a） step_dx、step_dy、step_dpressure表示需要当前笔触的x、y坐标和笔压。 b） step_dtime表示当前笔触和上次接受到系统回调的时间间隔。 c） step_declination、step_ascension表示的意义和上文介绍的函数mypaint_brush_stroke_to中的xtilt，ytilt意义是相同的。 本文暂不过多讨论。 在MyPaint中，出于性能考虑，笔触的坐标、压感、时间都是根据相邻两次系统回调时给出的参数进行线性插值来进行计算的。 ：图 笔触进行线性插值4. prepare_and_draw_dab (MyPaintBrush *self, MyPaintSurface * surface)该方法用于根据笔刷当前的参数运算出需要渲染单个笔触的参数，比如笔触的位置、大小、颜色等。 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)该方法用于将当前计算好的笔触参数和当前笔触所在画布中包含的tile的位置保存到一个名为OperationQueue的map中，在以后需要绘制笔触时将其参数弹出并进行使用。 6. void get_color (MyPaintSurface *surface, float x, float y, float radius, float * color_r, float * color_g, float * color_b, float * color_a)该方法有两个作用，一个是将draw_dab方法中保存笔触参数的OperationQueue中的参数依次弹出，并将该笔触绘制到画布中。 另一个作用是获取画布中当前笔触所在区域中画布颜色的平均值，并根据需要将其应用到下个笔触的绘制中。 下节将主要介绍draw_dab和get_color是怎么工作的。 draw_dab和get_color方法的工作原理 为了提高渲染笔触的效率，MyPaint使用了Open MultiProcessing（OpenMP）多线程编程技术。 OpenMP全称为OpenMP Architecture Review Board是一种单机多线程技术[8]。 程序中通过一些pragma配置即可由编译器将程序并行化，当选择忽略这些参数，或者编译器不支持OpenMP的时候，代码可以正常运行，只是不能进行多线程运行。 在上文中已经提过，MyPaint将 MyPaintFixedTiledSurface分成许多个大小为64的名为tile的小正方形。 这主要是用于OpenMP多线程优化。 ：图 基于tile笔触分割 根据上图在draw_dab时，MyPaint将单个笔触按照tile的大小进行分割，并将单个笔触所包含的tile的位置作为键值和笔触的渲染所需参数作为值压入名为OperationQueue的map中，在需要渲染该笔触的时候将其从map中弹出进行其他操作。 在get_color时会根据笔触所包含tile的位置，将渲染笔触的参数从OperationQueue中弹出。 笔触会以tile为单位并行的渲染到MyPaintFixedTiledSurface中。 渲染笔触所包含的单个tile过程在上文中获取到单个需要渲染的tile的在笔触中的位置和笔触的参数后，接下来就是如何将其渲染到我们的画布MyPaintFixedTiledSurface中去。 渲染流程如下：1. 计算当前像素离笔触中心的距离d，根据上文笔触的形态定义，计算出所需的，r表示笔触的半径。 2. 根据所计算出来计算出当前像素的透明度。 3. 根据笔触的透明度和颜色，将该tile绘制到MyPaintFixedTiledSurface中。 其绘制过程就是将笔触的tile的A、R、G、B，4个颜色通道和画布MyPaintFixedTiledSurface中的4个颜色通道的颜色、透明度进行混合，又称Blend。 在MyPaint中主要含有两种Blend模式，一种名为Normal，用于普通笔刷；另一种名为Normal_and_Eraser模式，用于有涂抹功能的笔刷,涂抹功能的笔刷可以将画布区域的颜色和笔刷的颜色进行混合，可以模拟出手在画布涂抹的效果。