Quartz－2D绘图之路径（Paths）详解

在上篇文章中，我们简单的理解了绘图上下文，今天我们来认识一下Quartz－2D中另一个重要的概念，路径（Paths）。

一、理解路径

路径定义了一个或多个形状，或是子路径。一个子路径可由直线，曲线，或者同时由两者构成。它可以是开放的，也可以是闭合的。一个子路径可以是简单的形状，如线、圆、矩形、星形；也可以是复杂的形状，如山脉的轮廓或者是涂鸦。图3-1显示了一些我们可以创建的路径。左上角的直线可以是虚线；直线也可以是实线。上边中间的路径是由多条曲线组成的开放路径。右上角的同心圆填充了颜色，但没有描边。左下角的加利福尼亚州是闭合路径，由许多曲线和直线构成，且对路径进行填充和描边。两个星形阐明了填充路径的两种方式，我们将详细描述。

二、创建及绘制路径

路径创建及路径绘制是两个独立的工作。首先我们创建路径。当我们需要渲染路径时，我们需要使用Quartz来绘制它。正如图3-1中所示，我们可以选择对路径进行描边，填充路径，或同时进行这两种操作。我们同样可以将其它对象绘制到路径所表示的范围内，即对对象进行裁减。
图3-2绘制了一个路径，该路径包含两个子路径。左边的子路径是一个矩形，右边的子路径是由直线和曲线组成的抽象形状。两个子路径都进行了填充及描边。

图3-3显示了多条独立绘制的路径。每个路径饮食随机生成的曲线，一些进行填充，另一些进行了描边。这些路径都包含在一个圆形裁减区域内。

三、构建块(Building Block)
子路径是由直线、弧和曲线构成的。Quartz同样也提供了简便的函数用于添加矩形或椭圆等形状。点也是路径最基本的构建块，因为点定义了形状的起始点与终止点。

点
点由x, y坐标值定义，用于在用户空间指定 一个位置。我们可以调用函数CGContextMoveToPoint来为新的子路径指定起始点。Quartz跟踪当前点，用于记录路径构建过程中最新的位置。例如，如果调用函数CGContextMoveToPoint并设置位置为(10, 10)，即将当前点移动到位置(10, 10)。如果在水平位置绘制50个单位长度的直线，则直线的终点为(60, 10)，该点变成当前点。直线、弧和曲线总是从当前点开始绘制。
通常我们通过传递(x, y)值给Quartz函数来指定一个点。一些函数需要我们传递一个CGPoint数据结构，该结构包含两个浮点值。

直线
直线由两个端点定义。起始点通常是当前点，所以创建直线时，我们只需要指定终止点。我们使用函数CGContextAddLineToPoint来添加一条直线到子路径中。
我们可以调用CGContextAddLines函数添加一系列相关的直线到子路径中。我们传递一个点数组给这个函数。第一个点必须是第一条直线的起始点；剩下的点是端点。Quartz从第一个点开始绘制一个新子路径，然后每两个相邻点连接成一条线段。

弧
弧是圆弧段。Quartz提供了两个函数来创建弧。函数CGContextAddArc从圆中来创建一个曲线段。我们指定一个圆心，半径和放射角(以弧度为单位)。放射角为2 PI时，创建的是一个圆。图3-4显示了多个独立的路径。每个路径饮食一个自动生成的圆；一些是填充的，另一些是描边的。

函数CGContextAddArcToPoint用于为矩形创建内切弧的场景。Quartz使用我们提供的端点创建两条正切线。同样我们需要提供圆的半径。弧心是两条半径的交叉点，每条半径都与相应的正切线垂直。弧的两个端点是正切线的正切点，如图3-5所示。红色的部分是实际绘制的部分。

下面分别是画直线和圆弧的代码

直线：

   //    1. 获取一个与视图相关联的上下文
     CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

     //    2. 构建路径
     //    2.1 设置上下文路径起点
     CGContextMoveToPoint(context, , );
     //    2.2 增加路径内容……
     CGContextAddLineToPoint(context, , );
     CGContextAddLineToPoint(context, , );
     //    3. 保存上下文状态
     //    4. 设置上下文状态
     //    4.1 设置边线颜色
     CGContextSetRGBStrokeColor(context, , , , );
     //    4.2 设置线宽
     CGContextSetLineWidth(context, );
     //    4.3 设置线段连接样式
     CGContextSetLineJoin(context, kCGLineJoinRound);
     //    4.4 设置线段收尾样式
     CGContextSetLineCap(context, kCGLineCapRound);
     //    4.5 设置虚线样式
     //    4. 绘制路径
     CGContextDrawPath(context, kCGPathStroke);

圆弧：

    //    1. 获取一个与视图相关联的上下文
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

    [[UIColor redColor]set];
    // 2. 添加弧线
    // 2.1 上下文
    // 2.2 中心点坐标
    // 2.3 半径
    // 2.4 开始角度，结束角度，角度的单位是“弧度”
    CGContextAddArc(context, , , , M_PI, -M_PI_2, );

    // 绘制路径
    CGContextStrokePath(context);

曲线
二次与三次Bezier曲线是代数曲线，可以指定任意的曲线形状。曲线上的点通过一个应用于起始、终点及一个或多个控制点的多项式计算得出。这种方式定义的形状是向量图的基础。这个公式比将位数组更容易存储，并且曲线可以在任何分辨下重新创建。
图3-6显示了一些路径的曲线。每条路径包含一条随机生成的曲线；一些是填充的，另一些是描边的。

我们使用函数CGContextAddCurveToPoint将Bezier曲线连接到当前点，并传递控制点和端点作为参数，如图3-7所示。两个控制点的位置决定了曲线的形状。如果两个控制点都在两个端点上面，则曲线向上凸起。如果两个控制点都在两个端点下面，则曲线向下凹。如果第二个控制点比第一个控制点离得当前点近，则曲线自交叉，创建了一个回路。

我们也可以调用函数CGContextAddQuadCurveToPoint来创建Bezier，并传递端点及一个控制点，如图3-8所示。控制点决定了曲线弯曲的方向。由于只使用一个控制点，所以无法创建出如三次Bezier曲线一样多的曲线。例如我们无法创建出交叉的曲线

1     /*画贝塞尔曲线*/
     //二次曲线
     CGContextMoveToPoint(context, , );//设置Path的起点
     CGContextAddQuadCurveToPoint(context,, , , );//设置贝塞尔曲线的控制点坐标和终点坐标
     CGContextStrokePath(context);
     //三次曲线函数
     CGContextMoveToPoint(context, , );//设置Path的起点
     CGContextAddCurveToPoint(context,, , , , , );//设置贝塞尔曲线的控制点坐标和控制点坐标终点坐标
     CGContextStrokePath(context);  

闭合路径
我们可以调用函数CGContextClosePath来闭合曲线。该函数用一条直接来连接当前点与起始点，以使路径闭合。起始与终点重合的直线、弧和曲线并不自动闭合路径，我们必须调用CGContextClosePath来闭合路径。
Quartz的一些函数将路径的子路径看成是闭合的。这些函数显示地添加一条直线来闭合 子路径，如同调用了CGContextClosePath函数。
在闭合一条子路径后，如果程序再添加直线、弧或曲线到路径，Quartz将在闭合的子路径的起点开始创建一个子路径。

椭圆
椭圆是一种特殊的圆。椭圆是通过定义两个焦点，在平面内所有与这两个焦点的距离之和相等的点所构成的图形。图3-9显示了一些独立的路径。每个路径都包含一个随机生成的椭圆；一些进行了填充，另一边进行了描边。

我们可以调用CGContextAddEllipseInRect函数来添加一个椭圆到当前路径。我们提供一个矩形来定义一个椭圆。Quartz利用一系列的Bezier曲线来模拟椭圆。椭圆的中心就是矩形的中心。如果矩形的宽与高相等，则椭圆变成了圆，且圆的半径为矩形宽度的一半。如果矩形的宽与高不相等，则定义了椭圆的长轴与短轴。
添加到路径中的椭圆开始于一个move-to操作，结束于一个close-subpath操作，所有的移动方向都是顺时针。

矩形
我们可以调用CGContextAddRect来添加一个矩形到当前路径中，并提供一个CGRect结构体(包含矩形的原点及大小)作为参数。
添加到路径的矩形开始于一个move-to操作，结束于一个close-subpath操作，所有的移动方向都是顺时针。
我们也可能调用CGContextAddRects函数来添加一系列的矩形到当前路径，并传递一个CGRect结构体的数组。图3-10显示了一些独立的路径。每个路径包含一个随机生成的矩形；一些进行了填充，另一边进行了描边。

四、创建路径

当我们需要在一个图形上下文中构建一个路径时，我们需要调用CGContextBeginPath来标记Quartz。然后，我们调用函数CGContextMovePoint来设置每一个图形或子路径的起始点。在构建起始点后，我们可以添加直线、弧、曲线。记住如下规则：

• 在开始绘制路径前，调用函数CGContextBeginPath；
• 直线、弧、曲线开始于当前点。空路径没有当前点；我们必须调用CGContextMoveToPoint来设置第一个子路径的起始点，或者调用一个便利函数来隐式地完成该任务。
• 如果要闭合当前子路径，调用函数CGContextClosePath。随后路径将开始一个新的子路径，即使我们不显示设置一个新的起始点。
• 当绘制弧时，Quartz将在当前点与弧的起始点间绘制一条直线。
• 添加椭圆和矩形的Quartz程序将在路径中添加新的闭合子路径。
• 我们必须调用绘制函数来填充或者描边一条路径，因为创建路径时并不会绘制路径。

在绘制路径后，将清空图形上下文。我们也许想保留路径，特别是在绘制复杂场景时，我们需要反复使用。基于此，Quartz提供了两个数据类型来创建可复用路径—CGPathRef和CGMutablePathRef。我们可以调用函数CGPathCreateMutable来创建可变的CGPath对象，并可向该对象添加直线、弧、曲线和矩形。Quartz提供了一个类似于操作图形上下文的CGPath的函数集合。这些路径函数操作CGPath对象，而不是图形上下文。这些函数包括：

• CGPathCreateMutable，取代CGContextBeginPath
• CGPathMoveToPoint，取代CGContextMoveToPoint
• CGPathAddLineToPoint，取代CGContexAddLineToPoint
• CGPathAddCurveToPoint，取代CGContexAddCurveToPoint
• CGPathAddEllipseInRect，取代CGContexAddEllipseInRect
• CGPathAddArc，取代CGContexAddArc
• CGPathAddRect，取代CGContexAddRect
• CGPathCloseSubpath，取代CGContexClosePath

如果想要添加一个路径到图形上下文，可以调用CGContextAddPath。路径将保留在图形上下文中，直到Quartz绘制它。我们可以调用CGContextAddPath再次添加路径。

五、绘制路径

我们可以绘制填充或描边的路径。描边(Stroke)是绘制路径的边框。填充是绘制路径包含的区域。Quartz提供了函数来填充或描边路径。描边线的属性(宽度、颜色等)，填充色及Quartz用于计算填充区域的方法都是图形状态的一部分。

影响描边的属性
我们可以使用表3-1中的属性来决定如何对路径进行描边操作。这边属性是图形上下文的一部分，这意味着我们设置的值将会影响到后续的描边操作，直到我们个性这些值。

linewidth是线的总宽度，单位是用户空间单元。
linejoin属性指定如何绘制线段间的联接点。Quartz支持表3-2中描述的联接样式。

Table 3-2 直线联接样式

linecap指定如何绘制直线的端点。Quartz支持表3-3所示的线帽类型。默认的是butt cap。

闭合路径将起始点看作是一个联接点；起始点同样也使用选定的直线连接方法进行渲染。如果通过添加一条连接到起始点的直线来闭合路径，则路径的两个端点都使用选定的线帽类型来绘制。
Linedash pattern(虚线模式)允许我们沿着描边绘制虚线。我们通过在CGContextSetLineDash结构体中指定虚线数组和虚线相位来控制虚线的大小及位置。

CGContextSetLineDash结构如下：

 void CGContextSetLineDash (
 CGContextRef ctx,
 float phase,
 const float lengths[],
 size_t count，
 );

其中lengths属性指定了虚线段的长度，该值是在绘制片断与未绘制片断之间交替。phase属性指定虚线模式的起始点。图3-11显示了虚线模式：

路径描边的函数
Quartz提供了表3-4中的函数来描边当前路径。其中一些是描边矩形及椭圆的便捷函数。
表3-4 描边路径函数

函数CGContextStrokeLineSegments等同于如下代码

 CGContextBeginPath(context);                                                                                                                                                                                                                                                                 for(k = ; k < count; k += ) {                                                                                                                                                                                                                                                                                  CGContextMoveToPoint(context,s[k].x, s[k].y); CGContextAddLineToPoint(context,s[k+].x, s[k+].y);}CGContextStrokePath(context);

当我们调用CGContextStrokeLineSegments时，我们通过点数组来指定线段，并组织成点对的形式。每一对是由线段的起始点与终止点组成。例如，数组的第一个点指定了第一条直线的起始点，第二个点是第一条直线的终点，第三个点是第二条直线的起始点，依此类推。

六、填充路径
当我们填充当前路径时，Quartz将路径包含的每个子路径都看作是闭合的。然后，使用这些闭合路径并计算填充的像素。 Quartz有两种方式来计算填充区域。椭圆和矩形这样的路径其区域都很明显。但是如果路径是由几个重叠的部分组成或者路径包含多个子路径(如图3-12所示)，我们则有两种规则来定义填充区域。
默认的规则是非零缠绕数规则(nonzero windingnumber rule)。为了确定一个点是否需要绘制，我们从该点开始绘制一条直线穿过绘图的边界。从0开始计数，每次路径片断从左到右穿过直线是，计数加1；而从右到左穿过直线时，计数减1。如果结果为0，则不绘制该点，否则绘制。路径片断绘制的方向会影响到结果。图3-13显示了使用非缠绕数规则对内圆和外圆进行填充的结果。当两个圆绘制方向相同时，两个圆都被填充。如果方向相反，则内圆不填充。
我们也可以使用偶数-奇数规则。为了确定一个点是否被绘制，我们从该点开始绘制一条直线穿过绘图的边界。计算穿过该直线的路径片断的数目。如果是奇数，则绘制该点，如果是偶数，则不绘制该点。路径片断绘制的方向不影响结果。如图3-12所示，无论两个圆的绘制方向是什么，填充结果都是一样的。

Quartz提供了表3-5中的函数来填充当前路径。其中一些是填充矩形及椭圆的便捷函数。
表3-5 填充路径的函数

好，说了这么多下面上代码

 - (void)drawLine1
 {
     //    1. 获取一个与视图相关联的上下文
     CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

     //    2. 创建一个可变路径
     //    2.1 创建路径
     CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable();
     //    2.2 设置路径起点
     CGPathMoveToPoint(path, NULL, , );
     //    2.3 增加路径内容……
     CGPathAddLineToPoint(path, NULL, , );
     CGPathAddLineToPoint(path, NULL, , );
     //    CGPathAddLineToPoint(path, NULL, 50, 50);
     // 闭合路径，关闭路径，闭合路径是收尾相连的
     CGPathCloseSubpath(path);

     //    3. 将路径添加到上下文;
     CGContextAddPath(context, path);

     //    4. 设置上下文状态
     //    4.1 设置边线颜色
     // 颜色数值 = RGB数值 / 255
     CGContextSetRGBStrokeColor(context, 255.0 / 255.0, 0.0, 0.0 , 1.0);
     //    4.2 设置填充颜色
     CGContextSetRGBFillColor(context, 0.0, 0.0, 128.0 / 255.0, 1.0);
     //    4.3 设置线宽
     CGContextSetLineWidth(context, );
     //    4.4 设置线段连接样式
     CGContextSetLineJoin(context, kCGLineJoinBevel);
     //    4.5 设置线段首尾样式
     CGContextSetLineCap(context, kCGLineCapRound);
     //    4.6 设置虚线样式
     // lengths 设置公有几条虚线，每条虚线的长度
     // count 指的是lengths数组的长度
     CGFloat lengthes[] = {10.0, 10.0};
     CGContextSetLineDash(context, , lengthes, );
     //    5. 绘制路径
     /**
      kCGPathStroke  绘制边线
      kCGPathFill    填充
      */
     CGContextDrawPath(context, kCGPathFillStroke);
     //    6. 释放路径，不同对象对应着不同的release方法
     CGPathRelease(path);
 }

七、裁剪路径

当前裁剪区域是从路径中创建，作为一个遮罩，从而允许遮住我们不想绘制的部分。例如，我们有一个很大的图片，但只需要显示其中一小部分，则可以设置裁减区域来显示我们想显示的部分。

当我们绘制的时候，Quartz只渲染裁剪区域里面的东西。裁剪区域内的闭合路径是可见的；而在区域外的部分是不可见的。

当图形上下文初始创建时，裁减区域包含上下文所有的可绘制区域(例如，PDF上下文的media box)。我们可以通过设置当前路径来改变裁剪区域，然后使用裁减函数来取代绘制函数。裁剪函数与当前已有的裁剪区域求交集以获得路径的填充区域。因此，我们可以求交取得裁减区域，缩小图片的可视区域，但是不能扩展裁减区域。

裁减区域是图形状态的一部分。为了恢复先前的裁减区域，我们可以在裁减前保存图形状态，并在裁减绘制后恢复图形状态。

 Listing - Setting up a circular clip area
 CGContextBeginPath(context);
 CGContextAddArc(context, w/, h/, ((w>h) ? h : w)/, , *PI, );
 CGContextClosePath(context);
 CGContextClip(context);

表3-6 裁减图形上下文的函数