iOS坐标系探究

前言

app在渲染视图时,需要在坐标系中指定绘制区域。 这个概念看似乎简单,事实并非如此。

When an app draws something in iOS, it has to locate the drawn content in a two-dimensional space defined by a coordinate system. This notion might seem straightforward at first glance, but it isn’t.

正文

我们先从一段最简单的代码入手,在drawRect中显示一个普通的UILabel; 为了方便判断,我把整个view的背景设置成黑色:

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    [super drawRect:rect];
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    NSLog(@"CGContext default CTM matrix %@", NSStringFromCGAffineTransform(CGContextGetCTM(context)));
    UILabel *testLabel = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, 100, 28)];
    testLabel.text = @"测试文本";
    testLabel.font = [UIFont systemFontOfSize:14];
    testLabel.textColor = [UIColor whiteColor];
    [testLabel.layer renderInContext:context];
}

这段代码首先创建一个UILabel,然后设置文本,显示到屏幕上,没有修改坐标。 所以按照UILabel.layer默认的坐标(0, 0),在左上角进行了绘制。

UILabel绘制

接着,我们尝试使用CoreText来渲染一段文本。

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    [super drawRect:rect];
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    NSLog(@"CGContext default matrix %@", NSStringFromCGAffineTransform(CGContextGetCTM(context)));
    NSAttributedString *attrStr = [[NSAttributedString alloc] initWithString:@"测试文本" attributes:@{
                                                                                                  NSForegroundColorAttributeName:[UIColor whiteColor],
                                                                                                  NSFontAttributeName:[UIFont systemFontOfSize:14],
                                                                                                  }];
    CTFramesetterRef frameSetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((__bridge CFAttributedStringRef) attrStr); // 根据富文本创建排版类CTFramesetterRef
    UIBezierPath * bezierPath = [UIBezierPath bezierPathWithRect:CGRectMake(0, 0, 100, 20)];
    CTFrameRef frameRef = CTFramesetterCreateFrame(frameSetter, CFRangeMake(0, 0), bezierPath.CGPath, NULL); // 创建排版数据
    CTFrameDraw(frameRef, context);
}

首先用NSString创建一个富文本,然后根据富文本创建CTFramesetterRef,结合CGRect生成的UIBezierPath,我们得到CTFrameRef,最终渲染到屏幕上。 但是结果与上文不一致:文字是上下颠倒。

CoreText的文本绘制

从这个不同的现象开始,我们来理解iOS的坐标系。

坐标系概念

在iOS中绘制图形必须在一个二维的坐标系中进行,但在iOS系统中存在多个坐标系,常需要处理一些坐标系的转换。 先介绍一个图形上下文(graphics context)的概念,比如说我们常用的CGContext就是Quartz 2D的上下文。图形上下文包含绘制所需的信息,比如颜色、线宽、字体等。用我们在Windows常用的画图来参考,当我们使用画笔🖌在白板中写字时,图形上下文就是画笔的属性设置、白板大小、画笔位置等等。

iOS中,每个图形上下文都会有三种坐标: 1、绘制坐标系(也叫用户坐标系),我们平时绘制所用的坐标系; 2、视图(view)坐标系,固定左上角为原点(0,0)的view坐标系; 3、物理坐标系,物理屏幕中的坐标系,同样是固定左上角为原点;

根据我们绘制的目标不同(屏幕、位图、PDF等),会有多个context;

Quartz常见的绘制目标

不同context的绘制坐标系各不相同,比如说UIKit的坐标系为左上角原点的坐标系,CoreGraphics的坐标系为左下角为原点的坐标系;

CoreGraphics坐标系和UIKit坐标系的转换

CoreText基于CoreGraphics,所以坐标系也是CoreGraphics的坐标系。 我们回顾下上文提到的两个渲染结果,我们产生如下疑问: UIGraphicsGetCurrentContext返回的是CGContext,代表着是左下角为原点的坐标系,用UILabel(UIKit坐标系)可以直接renderInContext,并且“测”字对应为UILabel的(0,0)位置,是在左上角? 当用CoreText渲染时,坐标是(0,0),但是渲染的结果是在左上角,并不是在左下角;并且文字是上下颠倒的。 为了探究这个问题,我在代码中加入了一行log: NSLog(@"CGContext default matrix %@", NSStringFromCGAffineTransform(CGContextGetCTM(context))); 其结果是CGContext default matrix [2, 0, 0, -2, 0, 200]; CGContextGetCTM返回是CGAffineTransform仿射变换矩阵:

一个二维坐标系上的点p,可以表达为(x, y, 1),乘以变换的矩阵,如下:

把结果相乘,得到下面的关系

此时,我们再来看看打印的结果[2, 0, 0, -2, 0, 200],可以化简为 x' = 2x, y' = 200 - 2y 因为渲染的view高度为100,所以这个坐标转换相当于把原点在左下角(0,100)的坐标系,转换为原点在左上角(0,0)的坐标系!通常我们都会使用UIKit进行渲染,所以iOS系统在drawRect返回CGContext的时候,默认帮我们进行了一次变换,以方便开发者直接用UIKit坐标系进行渲染。

我们尝试对系统添加的坐标变换进行还原: 先进行CGContextTranslateCTM(context, 0, self.bounds.size.height); 对于x' = 2x, y' = 200 - 2y,我们使得x=x,y=y+100;(self.bounds.size.height=100) 于是有x' = 2x, y' = 200-2(y+100) = -2y; 再进行CGContextScaleCTM(context, 1.0, -1.0); 对于x' = 2x, y' = -2y,我们使得x=x, y=-y; 于是有 x'=2x, y' = -2(-y) = 2y;

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    [super drawRect:rect];
    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    CGContextTranslateCTM(context, 0, self.bounds.size.height);
    CGContextScaleCTM(context, 1.0, -1.0);
    NSLog(@"CGContext default matrix %@", NSStringFromCGAffineTransform(CGContextGetCTM(context)));
    NSAttributedString *attrStr = [[NSAttributedString alloc] initWithString:@"测试文本" attributes:@{
                                                                                                  NSForegroundColorAttributeName:[UIColor whiteColor],
                                                                                                  NSFontAttributeName:[UIFont systemFontOfSize:14],
                                                                                                  }];
    CTFramesetterRef frameSetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((__bridge CFAttributedStringRef) attrStr); // 根据富文本创建排版类CTFramesetterRef
    UIBezierPath * bezierPath = [UIBezierPath bezierPathWithRect:CGRectMake(0, 0, 100, 20)];
    CTFrameRef frameRef = CTFramesetterCreateFrame(frameSetter, CFRangeMake(0, 0), bezierPath.CGPath, NULL); // 创建排版数据
    CTFrameDraw(frameRef, context);
}

通过log也可以看出来CGContext default matrix [2, 0, -0, 2, 0, 0]; 最终结果如下,文本从左下角开始渲染,并且没有出现上下颠倒的情况。

这时我们产生新的困扰: 用CoreText渲染文字的上下颠倒现象解决,但是修改后的坐标系UIKit无法正常使用,如何兼容两种坐标系? iOS可以使用CGContextSaveGState()方法暂存context状态,然后在CoreText绘制完后通过CGContextRestoreGState ()可以恢复context的变换。

- (void)drawRect:(CGRect)rect {
    [super drawRect:rect];

    CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
    NSLog(@"CGContext default matrix %@", NSStringFromCGAffineTransform(CGContextGetCTM(context)));
    CGContextSaveGState(context);
    CGContextTranslateCTM(context, 0, self.bounds.size.height);
    CGContextScaleCTM(context, 1.0, -1.0);
    NSAttributedString *attrStr = [[NSAttributedString alloc] initWithString:@"测试文本" attributes:@{
                                                                                                  NSForegroundColorAttributeName:[UIColor whiteColor],
                                                                                                  NSFontAttributeName:[UIFont systemFontOfSize:14],
                                                                                                  }];
    CTFramesetterRef frameSetter = CTFramesetterCreateWithAttributedString((__bridge CFAttributedStringRef) attrStr); // 根据富文本创建排版类CTFramesetterRef
    UIBezierPath * bezierPath = [UIBezierPath bezierPathWithRect:CGRectMake(0, 0, 100, 20)];
    CTFrameRef frameRef = CTFramesetterCreateFrame(frameSetter, CFRangeMake(0, 0), bezierPath.CGPath, NULL); // 创建排版数据
    CTFrameDraw(frameRef, context);
    CGContextRestoreGState(context);
    
    
    NSLog(@"CGContext default CTM matrix %@", NSStringFromCGAffineTransform(CGContextGetCTM(context)));
    UILabel *testLabel = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(0, 0, 100, 20)];
    testLabel.text = @"测试文本";
    testLabel.font = [UIFont systemFontOfSize:14];
    testLabel.textColor = [UIColor whiteColor];
    [testLabel.layer renderInContext:context];
}

渲染结果如下,控制台输出的两个matrix都是[2, 0, 0, -2, 0, 200]

遇到的问题

1、UILabel.layer在drawContext的时候frame失效

初始化UILabel时设定了frame,但是没有生效。 UILabel *testLabel = [[UILabel alloc] initWithFrame:CGRectMake(20, 20, 100, 28)]; 这是因为frame是在上一层view中坐标的偏移,在renderInContext中坐标起点与frame无关,所以需要修改的是bounds属性: testLabel.layer.bounds = CGRectMake(50, 50, 100, 28);

2、renderInContext和drawInContext的选择

在把UILabel.layer渲染到context的时候,应该采用drawInContext还是renderInContext?

虽然这两个方法都可以生效,但是根据画线部分的内容来判断,还是采用了renderInContext,并且问题1就是由这里的一句Renders in the coordinate space of the layer,定位到问题所在。

3、如何理解CoreGraphics坐标系不一致后,会出现绘制结果异常?

我的理解方法是,我们可以先不考虑坐标系变换的情况。 如下图,上半部分是普通的渲染结果,可以很容易的想象; 接下来是增加坐标变换后,坐标系变成原点在左上角的顶点,相当于按照下图的虚线进行了一次垂直的翻转。

也可以按照坐标系变换的方式去理解,将左下角原点的坐标系相对y轴做一次垂直翻转,然后向上平移height的高度,这样得到左上角原点的坐标系。

附录

Drawing and Printing Guide for iOS Quartz 2D Programming Guide

原创声明,本文系作者授权云+社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏前端知识分享

第154天:canvas基础(一)

​ <canvas> 是 HTML5 新增的,一个可以使用脚本(通常为JavaScript)在其中绘制图像的 HTML 元素。它可以用来制作照片集或者制作简单(...

872
来自专栏DannyHoo的专栏

iOS开发中的均匀布局

版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/u010105969/article/details/...

922
来自专栏移动端周边技术扩展

Masonry横向纵向排列多个控件

1673
来自专栏cnblogs

Css3新特性应用之过渡与动画

一、缓动效果 学习和利用贝塞尔曲线,默认支持ease,ease-in,ease-out,ease-in-out和linear等 还提供一个cubic-beize...

3067
来自专栏Android先生

Android知识总结——Path常用方法解析 - 简书

前言:开发过程中很容易忘记一些API的使用方法,网上搜索或者在源码里找也很难短时间内筛选出自己需要的,遂自己将这些知识总结一番

1053
来自专栏知识分享

3-关于"小五物联"的功能介绍(添加波形图,Achartengine)

2363
来自专栏菩提树下的杨过

Flash/Flex学习笔记(25):摩擦力与屏幕环绕

摩擦力: 假如一个物体在某个方向上沿直线运行,摩擦力会使该方向上的速度越来越小,直到停止。 ? 上图示意了该过程,物体以moveAngle角度正向运动,最终的...

1986
来自专栏大数据风控

如何在R中绘制树图(TreeMap)

树图(TreeMap) 通过矩形面积的大小,以及填充颜色的深浅,来显示节点的统计数据,通过嵌套层次来显示分组的层级的可视化图形。 for example...

62110
来自专栏图形学与OpenGL

4.4.2 OpenGL几何变换编程实例

/* 三维旋转变换,参数:旋转轴(由点p1和p2定义)和旋转角度(thetaDegrees)*/

1602
来自专栏MelonTeam专栏

IOS控件动画的一种通用方法

最近在做一个垂直弹幕控件 , 在做控件动画时费了不少心思, 这里分享一些心得. 前言 关于动画, 我们一般使用UIKit提供的动画来实现. UIVie...

2095

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券