Quartz 2D編程指南(1) － 概覽

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Quartz 2D編程指南是論壇會員德魯伊翻譯的國外的Quartz 2D一系列學習資料，供大家參考

Quartz 2D是一個二維圖形繪製引擎，支援iOS環境和Mac OS X環境。我們可以使用Quartz 2D API來實現許多功能，如基本路徑的繪製、透明度、描影、繪製陰影、透明層、顏色管理、反鋸齒、PDF文檔產生和PDF中繼資料訪問。在需要的時候，Quartz 2D還可以藉助圖形硬體的功能。
在Mac OS X中，Quartz 2D可以與其它圖形映像技術混合使用，如Core Image、Core Video、OpenGL、QuickTime。例如，通過使用 QuickTime的GraphicsImportCreateCGImage函數，可以用 Quartz從一個 QuickTime圖形匯入器中建立一個映像。

Page
Quartz 2D在映像中使用了繪畫者模型(painter’s model)。在繪畫者模型中，每個連續的繪製操作都是將一個繪製層(a layer of ‘paint’)放置於一個畫布(‘canvas’)，我們通常稱這個畫布為(Page)。 Page上的繪圖可以通過額外的繪製操作來疊加更多的繪圖。Page上的繪圖物件只能通過疊加更多的繪圖來改變。這個模型允許我們使用小的圖元來構建複雜的圖形。
圖1-1展示了繪畫者模型如何工作。可以看出不同的繪製順序所產生的效果不一樣。

 
Page可以是一張紙(如果輸出裝置是印表機)，也可以是虛擬紙張(如果輸出裝置是PDF檔案)，還可以是bitmap映像。這根據實際使用的graphics context而定。

繪製目標：Graphics Context
Graphics Context是一個資料類型(CGContextRef)，用於封裝Quartz繪製映像到輸出裝置的資訊。裝置可以是PDF檔案、bitmap或者顯示器的視窗上。Graphics Context中的資訊包括在Page中的映像的圖形繪製參數和裝置相關的表現形式。Quartz中所有的對象都是繪製到一個Graphics Context中。
我們可以將Graphics Context想像成繪製目標，1-2所示。當用Quartz繪圖時，所有裝置相關的特性都包含在我們所使用的Graphics Context中。換句話說，我們可以簡單地給Quartz繪圖序列指定不同的Graphics Context，就可將相同的映像繪製到不同的裝置上。我們不需要任何裝置相關的計算；這些都由Quartz替我們完成。

 
Quartz提供了以下幾種類型的Graphics Context，詳細的介紹將在後續章節說明。

• Bitmap Graphics Context
• PDF Graphics Context
• Window Graphics Context
• Layer Context
• Post Graphics Context

Quartz 2D 資料類型
除了 Graphics Context 之外，Quartz 2D API還定義一些資料類型。由於這些API就Core Graphics架構的一部分，所以這些資料類型都是以CG開頭的。
Quartz 2D使用這些資料類型來建立對象，通過操作這些對象來擷取特定的圖形。圖1-3例舉了三個使用Quartz 2D的繪製操作所獲得的映像。

 
下面列出了Quartz 2D包含的資料類型：

• CGPathRef：用於向量圖，可建立路徑，並進行填充或描畫(stroke)
• CGImageRef：用於表示bitmap映像和基於採樣資料的bitmap映像遮罩。
• CGLayerRef：用於表示可用於重複繪製(如背景)和幕後(offscreen)繪製的繪畫層
• CGPatternRef：用於重繪圖
• CGShadingRef、CGGradientRef：用於繪製漸層
• CGFunctionRef：用於定義回呼函數，該函數包含一個隨機的浮點值參數。當為陰影建立漸層時使用該類型
• CGColorRef, CGColorSpaceRef：用於告訴Quartz如何解釋顏色
• CGImageSourceRef,CGImageDestinationRef：用於在Quartz中移入移出資料
• CGFontRef：用於繪製文本
• CGPDFDictionaryRef, CGPDFObjectRef, CGPDFPageRef, CGPDFStream, CGPDFStringRef, and CGPDFArrayRef：用於訪問PDF的中繼資料
• CGPDFScannerRef, CGPDFContentStreamRef：用於解析PDF中繼資料
• CGPSConverterRef：用於將PostScript轉化成PDF。在iOS中不能使用。

圖形狀態
Quartz通過修改當前圖形狀態(current graphics state)來修改繪製操作的結果。圖形狀態包含用於繪製程式的參數。繪製程式根據這些繪圖狀態來決定如何渲染結果。例如，當你調用設定填充顏色的函數時，你將改變儲存在當前繪圖狀態中的顏色值。
Graphics Context包含一個繪圖狀態棧。當Quartz建立一個Graphics Context時，棧為空白。當儲存圖形狀態時，Quartz將當前圖形狀態的一個副本壓入棧中。當還原圖形狀態時，Quartz將棧頂的圖形狀態出棧。出棧的狀態成為當前圖形狀態。
可使用函數CGContextSaveGState來儲存圖形狀態，CGContextRestoreGState來還原圖形狀態。
注意：並不是當前繪製環境的所有方面都是圖形狀態的元素。如，圖形狀態不包含當前路徑(current path)。下面列出了圖形狀態相關的參數：

• Current transformation matrix (CTM)：當前轉換矩陣
• Clipping area：裁剪地區
• Line: 線
• Accuracy of curve estimation (flatness)：曲線平滑度
• Anti-aliasing setting：反鋸齒設定
• Color: 顏色
• Alpha value (transparency)：透明度
• Rendering intent：渲染目標
• Color space: 色彩空間
• Text: 文本
• Blend mode：混合模式

Quartz 2D 座標系統
座標系統定義是被繪製到Page上的對象的位置及大小範圍，1-4所示。我們在使用者空間座標系統(user-space coordination system，簡稱使用者空間)中指定圖形的位置及大小。座標值是用浮點數來定義的。

 
由於不同的裝置有不同的圖形功能，所以映像的位置及大小依賴於裝置。例如，一個顯示裝置可能每英寸只能顯示少於96個像素，而印表機可能每英寸能顯示300個像素。如果在裝置層級上定義座標系統，則在一個裝置上繪製的圖形無法在其它裝置上正常顯示。
Quartz通過使用當前轉換矩陣(current transformation matrix， CTM)將一個獨立的座標系統(user space)映射到輸出裝置的座標系統(device space)，以此來解決裝置依賴問題。 CTM是一種特殊類型的矩陣(affine transform, 仿射矩陣)，通過平移(translation)、旋轉(rotation)、縮放(scale)操作將點從一個座標空間映射到另外一個座標空間。
CTM還有另外一個目的：允許你通過轉換來決定對象如何被繪製。例如，為了繪製一個旋轉了45度的盒子，我們可以在繪製盒子之前旋轉Page的座標系統。Quartz使用旋轉過的座標系統來將盒子繪製到輸出裝置中。
使用者空間的點用座標組(x, y)來表示，(0, 0)表示座標原點。Quartz中預設的座標系統是：沿著x軸從左至右座標值逐漸增大；沿著y軸從下到上座標值逐漸增大。
有一些技術在設定它們的graphics context時使用了不同於Quartz的預設座標系統。相對於Quartz來說，這些座標系統是修改的座標系統(modified coordinate system)，當在這些座標系統中顯示Quartz繪製的圖形時，必須進行轉換。最常見的一種修改的座標系統是原點位於左上方，而沿著y軸從上到下座標值逐漸增大。我們可以在如下一些地方見到這種座標系統：

• 在Mac OS X中，重寫過isFlipped方法以返回yes的NSView類的子類
• 在IOS中，由UIView返回的繪圖上下文 
• 在IOS中，通過調用UIGraphicsBeginImageContextWithOptions函數返回的繪圖上下文 

如果應用程式想以相同的繪製程式在一個UIView對象和PDF Graphics Context上進行繪製，需要做一個變換以使PDF Graphics Context使用與UIView相同的座標系。要達到這一目的，只需要對PDF的內容相關的原點做一個平移(移到左上方)和用-1對y座標值進行縮放。圖1-5顯示了這種變換操作：

 

我們的應用程式負責調整Quartz調用以確保有一個轉換應用到上下文中。例如，如果你想要一個圖片或PDF正確的繪製到一個Graphics Context中，你的應用程式可能需要臨時調整Graphics Context的CTM。在IOS中，如果使用UIImage對象來包裹建立的CGImage對象，可以不需要修改CTM。UIImage將自動進行補償以適用UIKit的座標系統。

複製代碼 重要：如果你打算在IOS上開發與Quartz相關的程式，瞭解以上所討論的是很有用的，但不是必須的。在IOS 3.2及後續的版本中，當UIKit為你的應用程式建立一個繪圖上下文時，也對上下文進行了額外的修改以匹配UIKit的約定。特別的，patterns和shadows(不被CTM影響)單獨進行調整以匹配UIKit座標系統。在這種情況下，沒有一個等價的機制讓CTM來轉換Quartz和UIKit的上下文。我們必須認識到在什麼樣的上下文中進行繪製，並調整行為以匹配內容相關的預期。

記憶體管理：對象所有權
Quartz使用Core Foundation記憶體管理模型(引用計數)。所以，對象的建立與銷毀與通常的方式是一樣的。在Quartz中，需要記住如下一些規則：

• 如果建立或拷貝一個對象，你將擁有它，因此你必須釋放它。通常，如果使用含有”Create”或“Copy”單詞的函數擷取一個對象，當使用完後必須釋放，否則將導致記憶體泄露。
• 如果使用不含有”Create”或“Copy”單詞的函數擷取一個對象，你將不會擁有對象的引用，不需要釋放它。
• 如果你不擁有一個對象而打算保持它，則必須retain它並且在不需要時release掉。可以使用Quartz 2D的函數來指定retain和release一個對象。例如，如果建立了一個CGColorspace對象，則使用函數CGColorSpaceRetain和CGColorSpaceRelease來retain和release對象。同樣，可以使用Core Foundation的CFRetain和CFRelease，但是注意不能傳遞NULL值給這些函數。

原帖地址：http://www.cocoachina.com/bbs/read.php?tid=77731&page=2

http://www.cocoachina.com/newbie/basic/2011/1111/3486.html

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