Android 中的 Canvas 是一种基于像素的 2D 绘制引擎，用于在屏幕上呈现图形和动画。Canvas 通常与视图中的绘制方法一起使用，它们在视图的 onDraw() 方法中调用。通过使用 Canvas，开发人员可以创建各种复杂的视觉效果，包括图形，动画，位图，文本等等。

在 Android 中，Canvas 是通过 android.graphics.Canvas 类实现的。Canvas API 提供了一组绘制图形的方法，例如绘制直线、矩形、圆形、路径等等，还提供了一些渲染效果，例如填充、渐变等等。此外，Canvas API 还支持图层、组和剪切等概念，这些概念提供了更高级的绘图方法和效果。

Android 中的 Canvas 实现在底层依赖于硬件加速。当你在应用中创建一个 Canvas 对象时，Android 系统会将其映射到一个硬件层面的绘图对象，并在 GPU 上执行绘图操作。硬件加速可以大大提高绘图性能，保证应用的流畅性和响应性。

下面我们将从以下几个方面来探究 Canvas 的绘制原理：

1、Canvas 的创建和使用

在 Android 中，我们可以在视图中的 onDraw() 方法中创建 Canvas 对象，然后使用 Canvas API 来绘制各种图形，例如：

```

@Override

protected void onDraw(Canvas canvas) {

super.onDraw(canvas);

Paint paint = new Paint();

paint.setColor(Color.RED);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

}

```

上面的代码在视图中绘制一个红色的矩形，使用了 Paint 和 Canvas 两个对象。

Paint 是用于设置绘制属性，如颜色、样式、字体等等。Canvas 则是用于执行实际的绘制操作。在 onDraw() 方法中，根据视图的尺寸，我们用 Canvas 绘制了一个与视图大小相同的红色矩形。

2、Canvas 的坐标系统

Canvas 中的坐标系统与屏幕坐标系统不同。在屏幕上，我们使用左上角坐标 (0,0) 作为起点，向右为 X 轴正方向，向下为 Y 轴正方向。而在 Canvas 中，我们使用绘图区域的左上角坐标 (0,0) 作为起点，向右为 X 轴正方向，向下为 Y 轴正方向。

在实际绘制时，我们可以通过 Canvas 的坐标变换方法来调整坐标系统。例如，我们可以使用 translate() 方法来平移坐标系，使用 rotate() 方法来旋转坐标系，使用 scale() 方法来缩放坐标系等等。

3、Canvas 的图形绘制

Canvas 支持多种图形绘制方法，例如绘制直线、矩形、圆形、椭圆、路径等等。这些方法都接受一个 Paint 对象作为参数，用于设置绘制属性。

例如，绘制直线可以使用 drawLine() 方法：

```

canvas.drawLine(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

```

绘制矩形可以使用 drawRect() 方法：

```

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

```

绘制圆形可以使用 drawCircle() 方法：

```

canvas.drawCircle(getWidth() / 2, getHeight() / 2, getWidth() / 4, paint);

```

绘制路径可以使用 Path 对象和 drawPath() 方法：

```

Path path = new Path();

path.moveTo(0, 0);

path.lineTo(getWidth(), getHeight() / 2);

path.lineTo(0, getHeight());

path.close();

canvas.drawPath(path, paint);

```

使用路径绘制可以实现更加复杂的图形效果，例如，可以绘制各种多边形、曲线等等。

4、Canvas 的图像绘制

Canvas 还支持绘制图片和位图。其中，绘制图片可以使用 drawBitmap() 方法，绘制位图可以使用 drawBitmap() 或 drawBitmapMesh() 方法。

绘制图片可以使用 Bitmap 对象和 drawBitmap() 方法：

```

Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.ic_launcher);

canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, paint);

```

绘制位图可以使用 Bitmap 对象和 drawBitmap() 方法：

```

Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(getWidth(), getHeight(), Bitmap.Config.ARGB_8888);

Canvas bitmapCanvas = new Canvas(bitmap);

bitmapCanvas.drawColor(Color.GREEN);

canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, paint);

```

绘制位图网格可以使用 drawBitmapMesh() 方法：

```

int WIDTH = 20;

int HEIGHT = 20;

int COUNT = (WIDTH + 1) * (HEIGHT + 1);

float[] verts = new float[COUNT * 2];

float[] orig = new float[COUNT * 2];

int index = 0;

float stepX = getWidth() / WIDTH;

float stepY = getHeight() / HEIGHT;

for (int y = 0; y <= HEIGHT; y++) {

float fy = stepY * y;

for (int x = 0; x <= WIDTH; x++) {

float fx = stepX * x;

orig[index * 2] = verts[index * 2] = fx;

orig[index * 2 + 1] = verts[index * 2 + 1] = fy + 100;

index += 1;

}

}

canvas.drawBitmapMesh(bitmap, WIDTH, HEIGHT, verts, 0, null, 0, paint);

```

5、Canvas 的坐标变换

Canvas 支持多种坐标变换方法，包括平移坐标系、旋转坐标系、缩放坐标系和剪切绘图区域等等。

平移坐标系可以使用 translate() 方法：

```

canvas.translate(100, 100);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

```

旋转坐标系可以使用 rotate() 方法：

```

canvas.rotate(45);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

```

缩放坐标系可以使用 scale() 方法：

```

canvas.scale(0.5f, 0.5f);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

```

剪切绘图区域可以使用 clipRect() 方法：

```

canvas.clipRect(100, 100, getWidth() - 100, getHeight() - 100);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

```

通过使用坐标变换方法，我们可以轻松地实现各种有趣的视觉效果，例如，平移、旋转、缩放、镜像、扭曲等等。

6、Canvas 的图层和组

Canvas 中的图层和组是一种更高级别的绘图技术。它们提供了一种在同一 Canvas 对象中绘制多个图形和效果的方法。

图层是指在 Canvas 中创建一个可独立于其他图形的绘图区域。可以使用 saveLayer() 方法来创建图层：

```

canvas.saveLayer(0, 0, getWidth(), getHeight(), null, Canvas.ALL_SAVE_FLAG);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

canvas.restore();

```

上面的代码创建了一个全屏大小的图层，并绘制了一个矩形。注意，在绘制完图形后，我们调用了 restore() 方法来恢复 Canvas 的状态。这是因为在 saveLayer() 方法中使用了 Canvas.ALL_SAVE_FLAG 标志，这意味着在 saveLayer() 方法返回时，Canvas 的状态将被保存。如果我们不调用 restore() 方法，后续的绘图操作将被绘制在保存的状态上，而不是屏幕上。

组是指将多个图形和效果组合在一起，并作为单个对象进行渲染。可以使用 save() 和 restore() 方法来创建和管理组：

```

canvas.save();

canvas.translate(100, 100);

canvas.drawRect(0, 0, getWidth(), getHeight(), paint);

canvas.restore();

```

上面的代码创建了一个平移、旋转、缩放的组。注意，在绘制完图形后，我们还原了 Canvas 的状态。

通过使用图层和组，我们可以实现更加复杂的视觉效果，例如，阴影、透明度、混合模式等等。

总结

Android 中的 Canvas 是一个基于像素的 2D 绘图引擎，用于在屏幕上呈现图形和动画。Canvas API 提供了一组绘制图形和渲染效果的方法。在使用 Canvas 绘图时，我们需要注意 Canvas 的坐标系统、图形绘制、图像绘制、坐标变换、图层和组等方面的细节。通过使用 Canvas，我们可以实现各种复杂的视觉效果，保证应用的流畅性和响应性。