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『Flutter-绘制篇』自定义View在天气 APP 中的实战应用

前言

前不久,利用周末时间学习并完成一个简单的 Flutter 项目 - 简悦天气简约不简单,丰富不复杂,这是一款简约风格的 flutter 天气项目,提供实时、多日、24 小时、台风路径以及生活指数等服务,支持定位、删除、搜索等操作。

下图为主页效果,可以 点击这里 进行下载 apk 体验:

图1

开始

本身作为天气 APP,自定义绘制自然少不了,首页多样的背景效果,炫酷的雨雪效果,展示当前空气质量和体感的圆环效果,动态温度折线图和日出日落图。

其实 pub.dev 上已经有不少 chart 插件,提供丰富的图表类型,支持各种动画和手势。但是如果是像本项目,使用场景并不需要手势,且没有复杂的动画,只存在折线这种形态,完全可以自己实现。一方面可以巩固和拓展 flutter 的绘制相关知识点,另一方面根据自己的实际需求,可以拥有更多的定制化功能。

先看一下最终效果,其中包括:

  • 动态降雨折线图 rain_chart
  • 多日折线图 day_chart
  • 24小时折线图 hour_chart
  • AQI圆弧 aqi_chart
  • 日出日落图 sun_chart

绘制

接下来,会以上述效果作为切入点,由简到难,由静态到动态,逐步分析绘制前数据的准备和绘制时相关接口调用,最后,总结出折线图绘制的通用思路,对后续有相关需求的小伙伴提供帮助。

AQI圆弧

aqi_chart

先从最简单圆弧图开始,如上图可看到的信息有:半透明的圆弧,纯白色的圆弧,居中的 AQI 值以及其底部的文字描述。对于此图而言,只需要知道 ratio: 白色圆弧占比、AQIValue 和 AQIDesc。

这个简单直接先上代码再分析。

  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
    weatherPrint("AqiChartPainter size:$size");
    var radius = size.height / 2 - 10;
    var centerX = size.width / 2;
    var centerY = size.height / 2;
    var centerOffset = Offset(centerX, centerY);
    // 绘制半透明圆弧
    _path.reset();
    _path.addArc(Rect.fromCircle(center: centerOffset, radius: radius),
        pi * 0.7, pi * 1.6);
    _paint.style = PaintingStyle.stroke;
    _paint.strokeWidth = 4;
    _paint.strokeCap = StrokeCap.round;
    _paint.color = Colors.white38;
    canvas.drawPath(_path, _paint);
    // 绘制纯白色圆弧
    _path.reset();
    _path.addArc(Rect.fromCircle(center: centerOffset, radius: radius),
        pi * 0.7, pi * 1.6 * ratio);
    _paint.color = Colors.white;
    canvas.drawPath(_path, _paint);
    // 绘制 AQIValue
    var valuePara = UiUtils.getParagraph(value, 30);
    canvas.drawParagraph(
        valuePara,
        Offset(centerOffset.dx - valuePara.width / 2,
            centerOffset.dy - valuePara.height / 2));
    // 绘制 AQIDesc
    var descPara = UiUtils.getParagraph("$desc", 15);
    canvas.drawParagraph(
        descPara,
        Offset(centerOffset.dx - valuePara.width / 2,
            centerOffset.dy + valuePara.height / 2));
  }
复制代码

将步骤进行分解:

  1. 先绘制半透明圆弧,确认中心点坐标和半径,通过 _path.addArc(Rect oval, double startAngle, double sweepAngle) 方法进行绘制。oval: 圆弧所在矩形,startAngle: 起始角度(以钟表为例,0为3点方向),sweepAngle: 划过角度(默认方向顺时针)。

  2. 在半透明圆弧基础上,根据 ratio (currentAqiValue / totalAqiValue) 绘制纯白色圆弧

  3. 依次绘制中间 AQIValueAQIDesc。Flutter 绘制文本跟 Android 比起来略微有点麻烦,通过构造 ui.Paragraph 对象,然后调用 canvas.drawParagraph(Paragraph paragraph, Offset offset) 方法进行绘制。一般通过封装好的静态初始化方法构建 ui.Paragraph 对象:

      static ui.Paragraph getParagraph(String text, double textSize,
          {Color color = Colors.white, double itemWidth = 100}) {
        var pb = ui.ParagraphBuilder(ui.ParagraphStyle(
          textAlign: TextAlign.center, //居中
          fontSize: textSize, //大小
        ));
        pb.addText(text);
        pb.pushStyle(ui.TextStyle(color: color));
        var paragraph = pb.build()..layout(ui.ParagraphConstraints(width: itemWidth));
        return paragraph;
      }
    复制代码

关键词: addArcParagraphdrawParagraph

日出日落贝塞尔曲线

sun_chart

上图看起来像是圆弧,其实是使用二阶贝塞尔曲线进行绘制。图中涵盖的信息并不多,其中包括左右日出日落时间、整体虚曲线、动态实曲线和当前时间。对于需要的数据除了日出日落时间,还需要根据 (nowTime - sunriseTime)/(sunsetTime - sunriseTime) 获取占比 ratio。

继续分解步骤:

  1. 绘制 虚曲线,首先确认起点和终点,通过 _path.quadraticBezierTo(double x1, double y1, double x2, double y2) 绘制贝塞尔曲线,参数需要传入 控制点 坐标和 终点 坐标。很遗憾 Flutter 没有提供虚线的接口,借用 path_drawing 插件中的 dashPath(Path source, {@required CircularIntervalList<double> dashArray,DashOffset dashOffset,}) 方法进行虚线的绘制。

    var height = size.height;
    var width = size.width;
    double startX = marginLeftRight;
    double startY = height - marginBottom;
    double endX = width - marginLeftRight;
    double endY = startY;
    _path.reset();
    _path.moveTo(startX, startY);
    _path.quadraticBezierTo(width / 2, marginTop, endX, endY);
    _paint.color = Colors.white;
    _paint.style = PaintingStyle.stroke;
    _paint.strokeWidth = 1.5;
    canvas.drawPath(
      dashPath(_path, dashArray: CircularIntervalList<double>([10, 5])),
      _paint);
    复制代码
  2. 绘制 实虚线,这里遇到一个问题,已知比例 ratio,在虚曲线上绘制实曲线(保证重叠),不同于直线或者弧线,通过控制 xy 或者 sweepAngle 轻松实现。对二阶贝塞尔曲线稍有了解的可以知道,其主要由起始点和控制点组成,这三个值稍有变化,都很难做到重叠,所以得另辟蹊径。

    Android 中有 PathMeasure 可以对 Path 进行分段,然后根据需要绘制的段数进行控制。同样,Flutter 也有对应的 API:

    var metrics = _path.computeMetrics();
    var pm = metrics.elementAt(0);
    Offset sunOffset = pm.getTangentForOffset(pm.length * ratio).position;
    canvas.save();
    canvas.clipRect(Rect.fromLTWH(0, 0, sunOffset.dx, height));
    canvas.drawPath(_path, _paint);
    canvas.restore();
    复制代码

    通过 getTangentForOffset 得到 ratio 下在曲线上的 x,y 坐标点,然后 _path.clipRect() 对虚曲线裁剪最终得到实曲线。

  3. 绘制小太阳和当前时间,知道曲线上的 x,y 坐标,这就好办了

    _paint.style = PaintingStyle.fill;
    _paint.color = Colors.yellow;
    canvas.drawCircle(sunOffset, 6, _paint);
    
    var now = DateTime.now();
    String nowTimeStr = "${now.hour}:${now.minute}";
    var nowTimePara = UiUtils.getParagraph(nowTimeStr, 14);
    canvas.drawParagraph(nowTimePara,
                         Offset(sunOffset.dx - nowTimePara.width / 2, sunOffset.dy + 10));
    复制代码

    关键词: quadraticBezierTodashPathcomputeMetricsgetTangentForOffsetclipRectdrawCircle

多日折线图

  • 多日折线图 day_chart

上下的文字区域绘制根据各自高度顺延绘制即可,只要预留出中间折线的绘制区域即可。中间的折线区域又可以继续平分成 top 和 bottom 两个折线,各自绘制各自的,互不干扰。

折线图的绘制思路分为三步:找出最大最小值、计算单位温度的 y 值和遍历绘制

  1. 遍历找出 top 和 bottom 的最大最小值

    void setMinMax() {
      _data.forEach((element) {
        if (element.dayTemp > topMaxTemp) {
          topMaxTemp = element.dayTemp;
        }
        if (element.dayTemp < topMinTemp) {
          topMinTemp = element.dayTemp;
        }
        if (element.nightTemp > bottomMaxTemp) {
          bottomMaxTemp = element.nightTemp;
        }
        if (element.nightTemp < bottomMinTemp) {
          bottomMinTemp = element.nightTemp;
        }
      });
    }
    复制代码
  2. 根据温度计算x,y值,目前已知折线的高度 itemHeight, 具体温度 temp,起点 topLineStartY,最高最低温度已经实际温度,即可算出温度对应的 y 坐标值,x坐标值

    getTopLineY(int temp) {
      if (temp == topMaxTemp) {
        return topLineStartY;
      }
      return topLineStartY +
        (topMaxTemp - temp) / (topMaxTemp - topMinTemp) * lineHeight;
    }
    x = startX + index*itemWidth;
    复制代码
  3. 开始绘制,x,y 都知道了,直线、原点以及文字都可以进行遍历绘制了

    _paint.color = Colors.white;
    var topOffset = Offset(startX, getTopLineY(element.dayTemp));
    var bottomOffset = Offset(startX, getBottomLineY(element.dayTemp));
    _paint.style = PaintingStyle.fill;
    // 绘制折线上的圆点
    canvas.drawCircle(topOffset, 3, _paint);
    canvas.drawCircle(bottomOffset, 3, _paint);
    
    // 绘制圆点上下的温度值
    var topTempPara = UiUtils.getParagraph("${element.dayTemp}°", mainTextSize, itemWidth: itemWith);
    canvas.drawParagraph(
      topTempPara, Offset(topOffset.dx - topTempPara.width / 2, topOffset.dy - topTempPara.height - 5));
    var bottomTempPara = UiUtils.getParagraph("${element.dayTemp}°", mainTextSize, itemWidth: itemWith);
    canvas.drawParagraph(
      bottomTempPara, Offset(bottomOffset.dx - bottomTempPara.width / 2, bottomOffset.dy + 5));
    
    // 绘制折线
    if (index == 0) {
      _topPath.moveTo(topOffset.dx, topOffset.dy);
      _bottomPath.moveTo(bottomOffset.dx, bottomOffset.dy);
    } else {
      _topPath.lineTo(topOffset.dx, topOffset.dy);
      _bottomPath.lineTo(bottomOffset.dx, bottomOffset.dy);
    }
    startX += itemWith;
    });
    _paint.strokeWidth = 2;
    _paint.style = PaintingStyle.stroke;
    canvas.drawPath(_topPath, _paint);
    canvas.drawPath(_bottomPath, _paint);
    }
    复制代码

关键词: 最大最小值

动态降雨折线图

rain_chart

终于到了今天最难的角登场,只是对比前几个比较难,在上述折线的基础上加了折线入场动画。话不多说咱们开始吧,上图可拆成三部分,背景(y轴,xy轴描述)、渐变折线和动画

背景

x 轴被二等分,y 轴被三等分,计算出 xItemWidth 和 yItemHeight,然后绘制线和文字

void drawBg(Canvas canvas, Size size) {
  // 绘制背景 line
  double itemHeight = (size.height - _marginBottom) / 3;
  double bgLineWidth = size.width - _marginLeft - _marginRight;
  _paint.style = PaintingStyle.stroke;
  _paint.strokeWidth = 1;
  _paint.color = Colors.white.withAlpha(100);
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    var startOffset = Offset(_marginLeft, itemHeight * i);
    var endOffset = Offset(_marginLeft + bgLineWidth, itemHeight * i);
    canvas.drawLine(startOffset, endOffset, _paint);
  }

  // 绘制底部文字
  var hourY = size.height - _marginBottom + _timeMarginTop;
  var nowPara = UiUtils.getParagraph("现在", _textSize, itemWidth: bgLineWidth / 3);
  canvas.drawParagraph(nowPara, Offset(_marginLeft - nowPara.width / 2, hourY));
  var onePara = UiUtils.getParagraph("1小时后", _textSize, itemWidth: bgLineWidth / 3);
  canvas.drawParagraph(onePara, Offset(_marginLeft + bgLineWidth / 2 - onePara.width / 2, hourY));
  var twoPara = UiUtils.getParagraph("2小时后", _textSize, itemWidth: bgLineWidth / 3);
  canvas.drawParagraph(twoPara, Offset(_marginLeft + bgLineWidth - twoPara.width / 2, hourY));

  // 绘制左侧文字
  var bigPara = UiUtils.getParagraph("大", _textSize);
  canvas.drawParagraph(bigPara, Offset(_marginLeft / 2 - bigPara.width / 2, 0));
  var middlePara = UiUtils.getParagraph("中", _textSize);
  canvas.drawParagraph(middlePara, Offset(_marginLeft / 2 - middlePara.width / 2, itemHeight));
  var smallPara = UiUtils.getParagraph("小", _textSize);
  canvas.drawParagraph(smallPara, Offset(_marginLeft / 2 - smallPara.width / 2, itemHeight * 2));

}
复制代码

渐变折线

  1. 绘制折线,最大值不用计算已经知道 yMax = 1.0,xMax = 120,可以计算出点的 x,y 坐标值,然后进行遍历绘制

    double width = size.width - _marginLeft - _marginRight;
    double height =  size.height - _marginBottom;
    double startX = _marginLeft;
    double itemWidth = width / 120;
    double itemHeight = height / 100;
    _linePath.reset();
    for (int i = 0; i < _data.length; i++) {
      double y = height - _data[i] * 100 * itemHeight * _ratio;
      double x = startX + i * itemWidth;
      if (i == 0) {
        _linePath.moveTo(x, y);
      } else {
        _linePath.lineTo(x, y);
      }
    }
    _linePaint.style = PaintingStyle.stroke;
    _linePaint.strokeWidth = 1;
    _linePaint.color = Colors.white;
    canvas.drawPath(_linePath, _linePaint);
    _linePath.lineTo(width + startX, height);
    _linePath.lineTo(startX, height);
    _linePath.close();
    复制代码
  2. 渐变效果,复用折线 path,通过 ui.Gradient.linear 创建渐变区域,然后设置到 _linePaint.shader

    var gradient = ui.Gradient.linear(
      Offset(0, 0),
      Offset(0, height),
      <Color>[
        const Color(0xFFffffff),
        const Color(0x00FFFFFF)
      ],
    );
    _linePaint.style = PaintingStyle.fill;
    _linePaint.shader = gradient;
    canvas.drawPath(_linePath, _linePaint);
    复制代码

入场动画

渐变折线#1 中对 y 的计算 double y = height - _data[i] * 100 * itemHeight * _ratio; 中提到了 _ratio,这个就是控制动画效果关键变量,区间 [0,1],0为y=0.0 的直线,1为实际的折线图效果。

而这个 _ratio 有动画进行控制:

_controller =
  AnimationController(duration: Duration(milliseconds: 250), vsync: this);
CurvedAnimation(parent: _controller, curve: Curves.linear);
_controller.addListener(() {
  setState(() {
    _ratio = _controller.value;
  });
});
复制代码

最终的动态折线效果即可完成。

关键词:drawLine ui.Gradient.linearAnimationController

总结

整体下来,无论是圆弧、曲线还是折线或者类似简单的绘制都有章可循。

  1. 对 待实现效果进行分析,找出关键信息进行分层分步,找出静态数据和动态数据,也就是常量和变量。
  2. 计算好基础数据,比如整体宽高,单位宽高,起始值,最大最小值
  3. 有了数据支撑,根据效果调用对应的绘制 API,设置 paint 的相关属性,完成绘制
  4. 如果有动画,以控制变量作为切入口,动画本身只关注变量值的改变,而不用考虑变量对绘制的影响