Flutter 繪製自定義曲線、折線圖及波浪動效實現

簡介

上一篇用 Flutter 的 Canvas 畫點有趣的圖形我們介紹了使用 CustomPaint 繪製自定義形狀，可以看到有了圖形的平面繪製數學計算方法，我們可以畫出所需的形狀。本篇我們來介紹線條類圖形的繪製，並且結合 Animation 實現了常見的波浪動效。通過本篇，你可以瞭解到：

• 正弦曲線的繪製
• 利用兩條正弦曲線加上 Animation 實現波浪動效
• 曲線的一般繪製方法
• 折線圖繪製

下面是最終實現的效果圖，接下來我們一項一項介紹。

正弦曲線繪製

對於正弦曲線，公式定義如下：

對於在屏幕繪製，由於屏幕的點都是離散的，因此實際就是對正弦曲線進行採樣，只要採樣間隔足夠密集，畫出來的效果肉眼上很難區分是離散點之間通過連線完成繪製的。因此，繪製正弦曲線其實就是將正弦曲線的點依次連起來就好了。下面是繪製的實現代碼，waveHeight是正弦曲線的振幅，這裏我們一個屏幕寬度繪製一個週期，因此使用的是 2 * pi * i / size.width。

Path path = Path();
path.moveTo(0, center.height);
for (double i = 1; i < size.width; i += 1) {
  path.lineTo(
    i,
    center.height +
        waveHeight * sin(2 * pi * i / size.width + startAngle * pi * 4),
  );
}
canvas.drawPath(path, paint);

波浪動效

觀察波浪動效，實際上是兩條正弦曲線，由於移動的速度不一樣，給人的感覺是向前湧動一樣。控制曲線的移動實際上可以在動畫過程中控制正弦曲線的起始角度，即公式中的θ變量來實現。我們的動畫控制變量 Animation<double>的變化範圍是0到1，爲了保證動畫重複角度的連貫性，保持起始角度在一個動畫週期結束後保持一致即可，也就是動畫週期結束時要爲2π的整數倍，這裏我們一個設置了一條正弦取消的週期爲4π，另一條是6π。起始角度的週期角度越大，給人感覺的移動速度會越快。下面是兩條正弦曲線的繪製代碼，這裏的startAngle就是 Animation<double>對象在動畫過程中的值。這裏需要注意一下，由於每次startAngle都會刷新，因此在 CustomPainter 的子類中，需要將 shouldRepaint 返回 true 以支持重繪，如果這個值返回是 false 的話就不會重新繪製。

  void paint(Canvas canvas, Size size) {
  var center = Size(size.width / 2, waveHeight * 2);
  var paint1 = Paint()..color = Color(0xFF20B0FE);
  paint1.strokeWidth = 1.0;
  paint1.style = PaintingStyle.stroke;

  var paint2 = Paint()..color = Color(0x8020C0E5);
  paint2.strokeWidth = 1.0;
  paint2.style = PaintingStyle.stroke;

  Path path1 = Path();
  path1.moveTo(0, center.height);
  Path path2 = Path();
  path2.moveTo(0, center.height + waveHeight);
  for (double i = 1; i < size.width; i += 1) {
    path1.lineTo(
      i,
      center.height +
          waveHeight * sin(2 * pi * i / size.width + startAngle * pi * 4),
    );
    path2.lineTo(
      i,
      center.height +
          waveHeight * sin(2 * pi * i / size.width + startAngle * 6 * pi),
    );
  }
  canvas.drawPath(path1, paint1);
  canvas.drawPath(path2, paint2);
}

完整代碼已經上傳至：自定義繪圖代碼，目錄在 basic_paint 目錄下的 curves_paint.dart 中。

曲線繪製

有了正弦曲線的繪製知識，其他曲線其實也是一個道理，我們通過數學表達式，通過橫座標計算縱座標的值，然後形成一系列採樣點，再用 Path 對象依次連接這些點就可以實現各類曲線的繪製了。下面是對數曲線的繪製示例代碼。

var center = Size(size.width / 2, size.height / 2);
var paint = Paint()..color = Color(0xFF2080E5); //2080E5
paint.strokeWidth = 1.0;
paint.style = PaintingStyle.stroke;

Path path = Path();
path.moveTo(0, center.height);
for (double i = 1; i <= size.width; i += 1) {
  path.lineTo(
    i - 1,
    center.height - 20.0 * log(i),
  );
}
canvas.drawPath(path, paint);

繪製效果如下圖。

折線圖

折線圖在實際開發中會比較常見了，通常會有座標軸，然後將這個點通過線段連起來，並需要標註點的位置。繪製的原理和曲線是一樣的，只是因爲折線圖的間隔比較大而已。而標註點我們可以通過在折線上繪製圓圈或正方形來實現，我們封裝了兩個類，一個繪製折線，一個繪製座標軸。座標軸的繪製目前實現比較簡單，就是由外面傳入橫軸起止點和縱軸起止點，將橫軸和縱軸繪製出來並加上了箭頭指示。

// 折線繪製
class LineChartPainter extends CustomPainter {
  final List<Point<double>> points;
  LineChartPainter({Key? key, required this.points}) : super();
  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    var paint = Paint()..color = Color(0xFF2080E5); //2080E5
    paint.strokeWidth = 2.0;
    paint.style = PaintingStyle.stroke;

    var pointPaint = Paint()..color = Color(0xFF20FF65); //2080E5
    pointPaint.strokeWidth = 1.0;
    pointPaint.style = PaintingStyle.stroke;

    Path path = Path();
    path.moveTo(points[0].x, points[0].y);
    for (var point in points) {
      path.lineTo(point.x, point.y);
      canvas.drawCircle(Offset(point.x, point.y), 4.0, pointPaint);
    }
    canvas.drawPath(path, paint);
  }

  @override
  bool shouldRepaint(covariant CustomPainter oldDelegate) {
    return false;
  }
}

// 座標軸繪製
class AxisPainter extends CustomPainter {
  final Point<double> horizontalStartPoint, horizontalEndPoint;
  final Point<double> verticalStartPoint, verticalEndPoint;
  AxisPainter({
    Key? key,
    required this.horizontalStartPoint,
    required this.horizontalEndPoint,
    required this.verticalStartPoint,
    required this.verticalEndPoint,
  }) : super();
  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    var paint = Paint()..color = Color(0xFF909090);
    paint.strokeWidth = 2.0;
    paint.style = PaintingStyle.stroke;

    Path horizontalPath = Path();
    horizontalPath.moveTo(horizontalStartPoint.x, horizontalStartPoint.y);
    horizontalPath.lineTo(horizontalEndPoint.x - 1, horizontalEndPoint.y);
    canvas.drawPath(horizontalPath, paint);

    Path verticalPath = Path();
    verticalPath.moveTo(verticalStartPoint.x, verticalStartPoint.y);
    verticalPath.lineTo(verticalEndPoint.x, verticalEndPoint.y + 1);
    canvas.drawPath(verticalPath, paint);

    paint.style = PaintingStyle.fill;
    paint.strokeWidth = 2.0;
    final double arrowLength = 12.0;
    // 畫箭頭
    Path horizontalArrow = Path();
    horizontalArrow.moveTo(horizontalEndPoint.x, horizontalEndPoint.y);
    horizontalArrow.lineTo(horizontalEndPoint.x - arrowLength,
        horizontalEndPoint.y - arrowLength / 2);
    horizontalArrow.lineTo(horizontalEndPoint.x - arrowLength,
        horizontalEndPoint.y + arrowLength / 2);
    horizontalArrow.close();
    canvas.drawPath(horizontalArrow, paint);

    // 畫箭頭
    Path verticalArrow = Path();
    verticalArrow.moveTo(verticalEndPoint.x, verticalEndPoint.y);
    verticalArrow.lineTo(
        verticalEndPoint.x - arrowLength / 2, verticalEndPoint.y + arrowLength);
    verticalArrow.lineTo(
        verticalEndPoint.x + arrowLength / 2, verticalEndPoint.y + arrowLength);
    verticalArrow.close();
    canvas.drawPath(verticalArrow, paint);
  }

  @override
  bool shouldRepaint(covariant CustomPainter oldDelegate) {
    return false;
  }
}

最終實現的折線圖繪製效果如下。

其他說明

對於 CustomPaint 的繪製區域，這裏特別說明一下。如果 CustomPaint 是組件樹的根節點的話，那麼繪製區域是整個屏幕。但是如果CustomPaint 有子元素（即 child 參數不爲空），那麼會將繪製區域尺寸限制爲子元素的大小。本篇的示例中使用了一個列表將三個繪製方式放在了一個頁面，爲了限制每個繪圖的尺寸，都指定了一個 Container作爲了 CustomPaint 的子元素，通過這種方式可以指定繪製區域大小，以及設置背景色（例如波浪動效的背景就是使用了 Container 實現了漸變效果）。

總結

本篇介紹了 Flutter 線條的繪製方法，掌握了線條繪製方法後，我們可以繪製各類曲線或折線，如果耗費點時間，也可以做出漂亮的圖表效果來。