Android 圖形和動畫

發行項
02/16/2018

Android 提供非常豐富且多樣化的架構，可支援 2D 圖形和動畫。本主題介紹這些架構，並討論如何建立自定義圖形和動畫，以在 Xamarin.Android 應用程式中使用。

概觀

儘管在傳統上處於有限功率的裝置上執行，但最高分級的行動應用程式通常具有複雜的用戶體驗（UX），其完整的高品質圖形和動畫，可提供直覺、回應性、動態的感覺。隨著行動應用程式越來越複雜，使用者已經開始期待越來越多的應用程式。

幸運的是，新式行動平臺有非常強大的架構，可用來建立複雜的動畫和自定義圖形，同時保留易於使用。這可讓開發人員以很少的努力來新增豐富的互動功能。

Android 中的 UI API 架構大致可以分成兩個類別：圖形和動畫。

圖形會進一步分割成不同的方法來執行 2D 和 3D 圖形。 3D 圖形可透過數個內建架構取得，例如 OpenGL ES（行動裝置特定版本的 OpenGL），以及 MonoGame 等第三方架構（與 XNA 工具組相容的跨平臺工具組）。雖然 3D 圖形不在本文的範圍內，但我們將會檢查內建的 2D 繪圖技術。

Android 提供兩個不同的 API 來建立 2D 圖形。一個是高階宣告式方法，另一個則是程序設計低階 API：

可繪製的資源 – 這些是用來透過程序設計方式或（更通常）在 XML 檔案中內嵌繪圖指示來建立自定義圖形。可繪製的資源通常定義為 XML 檔案，其中包含 Android 轉譯 2D 圖形的指示或動作。
Canvas – 這是低階 API，牽涉到直接在基礎位圖上繪製。它提供非常精細的控制所顯示的內容。

除了這些 2D 圖形技術之外，Android 也提供數種不同的方法來建立動畫：

可繪製動畫 – Android 也支援稱為 「可繪製動畫」的逐畫面動畫。這是最簡單的動畫 API。 Android 會循序載入並顯示可繪製的資源（很像卡通）。
檢視動畫 – 檢視動畫是 Android 中的原始動畫 API，且適用於所有版本的 Android。此 API 有限，因為它只會使用 View 物件，而且只能在這些檢視上執行簡單的轉換。檢視動畫通常會定義於資料夾中找到的 /Resources/anim XML 檔案中。
屬性動畫 – Android 3.0 引進了一組新的動畫 API，稱為 「屬性動畫」。這些新的 API 引進了可延伸且彈性的系統，可用來建立任何對象的屬性動畫效果，而不只是 View 物件。這種彈性可讓動畫封裝在不同的類別中，讓程式代碼共用更容易。

檢視動畫更適用於必須支援舊版 Android 3.0 API （API 層級 11）的應用程式。否則，應用程式應該基於上述原因使用較新的屬性動畫 API。

不過，所有這些架構都是可行的選項，不過，應該將喜好設定提供給屬性動畫，因為它是更靈活的 API 來搭配使用。屬性動畫可讓動畫邏輯封裝在不同的類別中，讓程式代碼共用更容易並簡化程式代碼維護。

協助工具選項

圖形和動畫有助於讓Android應用程式更具吸引力且有趣地使用;不過，請務必記住，某些互動會透過螢幕助讀程式、替代輸入設備或輔助縮放進行。此外，某些互動可能會在沒有音訊功能的情況下發生。

如果應用程式已設計為輔助功能，則這些應用程式更容易使用：在使用者介面中提供提示和瀏覽協助，並確保UI的圖片元素有文字內容或描述。

如需如何使用Android輔助功能 API 的詳細資訊，請參閱Google的輔助功能指南。

2D 圖形

可繪製的資源是Android應用程式中的熱門技術。與其他資源一樣，可繪製的資源是宣告式資源，它們定義於 XML 檔案中。此方法可讓您清楚區分程式代碼與資源。這可以簡化開發和維護，因為不需要變更程式碼來更新或變更 Android 應用程式中的圖形。不過，雖然可繪製的資源適用於許多簡單且常見的圖形需求，但它們缺少 Canvas API 的功能和控制。

使用 Canvas 物件的另一種技術與其他傳統 API 架構非常類似，例如 System.Drawing 或 iOS 的核心繪圖。使用 Canvas 物件可讓您最控制如何建立 2D 圖形。適用於可繪製資源無法運作或難以使用的情況。例如，您可能需要繪製自定義滑桿控件，其外觀會根據滑桿值的相關計算而變更。

讓我們先檢查可繪製的資源。它們更簡單，涵蓋最常見的自定義繪圖案例。

可繪製的資源

可繪製的資源定義於目錄中 /Resources/drawable的 XML 檔案中。與內嵌 PNG 或 JPEG 不同，不需要提供可繪製資源的密度特定版本。在運行時間，Android 應用程式會載入這些資源，並使用這些 XML 檔案中包含的指示來建立 2D 圖形。 Android 定義數種不同類型的可繪製資源：

ShapeDrawable – 這是繪製基本幾何圖形的 Drawable 物件，並套用一組有限的圖形效果給該圖形。它們對於自定義按鈕或設定 TextViews 背景等專案非常有用。我們將會在此文章稍後看到如何使用 ShapeDrawable 的範例。
StateListDrawable – 這是可繪製的資源，會根據小工具/控件的狀態變更外觀。例如，按鈕可能會根據是否按下按鈕來變更其外觀。
LayerDrawable – 此可繪製的資源會堆棧數個其他可繪製資源。另一個可繪製資源。下列螢幕快照顯示 LayerDrawable 的範例：
TransitionDrawable – 這是 LayerDrawable，但有一個差異。 TransitionDrawable 能夠讓一個圖層以動畫顯示在另一層上方。
LevelListDrawable – 這與 StateListDrawable 非常類似，因為它會根據特定條件顯示影像。不過，與 StateListDrawable 不同，LevelListDrawable 會根據整數值顯示影像。 LevelListDrawable 的範例是顯示WiFi訊號的強度。隨著WiFi訊號的強度變更，所顯示的可繪製將會隨之變更。
ScaleDrawable ClipDrawable/– 正如其名稱所指，這些 Drawable 提供縮放和裁剪功能。 ScaleDrawable 會調整另一個 Drawable，而 ClipDrawable 則會裁剪另一個 Drawable。
InsetDrawable – 此 Drawable 會在另一個 Drawable 資源的兩側套用內嵌。當 View 需要小於檢視實際界限的背景時，就會使用它。
XML BitmapDrawable – 此檔案是 XML 中要對實際點陣圖執行的一組指令。 Android 可以執行的一些動作是並排、打擷取和消除鋸齒。其中一個很常見的用法是跨版面配置背景並排點陣圖。

可繪製範例

讓我們看看如何使用建立 2D 圖形 ShapeDrawable的快速範例。 ShapeDrawable可以定義四個基本圖形之一：矩形、橢圓形、線條和環形。您也可以套用基本效果，例如漸層、色彩和大小。下列 XML 位於 ShapeDrawable AnimationsDemo 隨附專案中（檔案中 Resources/drawable/shape_rounded_blue_rect.xml）。它會定義具有紫色漸層背景和圓角的矩形：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<shape xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:shape="rectangle">
<!-- Specify a gradient for the background -->
<gradient android:angle="45"
          android:startColor="#55000066"
          android:centerColor="#00000000"
          android:endColor="#00000000"
          android:centerX="0.75" />

<padding android:left="5dp"
          android:right="5dp"
          android:top="5dp"
          android:bottom="5dp" />

<corners android:topLeftRadius="10dp"
          android:topRightRadius="10dp"
          android:bottomLeftRadius="10dp"
          android:bottomRightRadius="10dp" />
</shape>

我們可以以宣告方式在版面配置或其他 Drawable 中參考此 Drawable 資源，如下列 XML 所示：

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="fill_parent"
    android:layout_height="fill_parent"
    android:background="#33000000">
    <TextView android:layout_width="wrap_content"
              android:layout_height="wrap_content"
              android:layout_centerInParent="true"
              android:background="@drawable/shape_rounded_blue_rect"
              android:text="@string/message_shapedrawable" />
</RelativeLayout>

您也可以以程式設計方式套用可繪製的資源。下列代碼段示範如何以程式設計方式設定 TextView 的背景：

TextView tv = FindViewById<TextView>(Resource.Id.shapeDrawableTextView);
tv.SetBackgroundResource(Resource.Drawable.shape_rounded_blue_rect);

若要查看其外觀，請執行 AnimationsDemo 專案，然後從主選單中選取 Shape Drawable 專案。我們應該會看到類似下列螢幕快照的內容：

如需有關可繪製資源之 XML 元素和語法的詳細資訊，請參閱 Google 的檔。

使用畫布繪圖 API

可抽籤功能強大，但有其限制。某些專案可能或非常複雜（例如：將篩選套用至裝置上相機拍攝的圖片）。使用可繪製的資源來套用紅眼縮小會非常困難。相反地，Canvas API 可讓應用程式擁有非常精細的控制，以選擇性地變更圖片中特定部分的色彩。

一個通常與 Canvas 搭配使用的類別是小畫家類別。這個類別保存如何繪製的色彩和樣式資訊。它用來提供這類色彩和透明度的東西。

Canvas API 會使用 畫家的模型 來繪製 2D 圖形。作業會以彼此頂端的連續層套用。每個作業都會涵蓋基礎位圖的某些區域。當區域重疊先前繪製的區域時，新的油漆會部分或完全遮蔽舊畫。這與 System.Drawing 和 iOS 核心圖形等許多其他繪圖 API 的運作方式相同。

有兩種方式可以取得 Canvas 物件。第一種方式涉及定義 Bitmap 物件，然後使用它具現 Canvas 化物件。例如，下列代碼段會建立具有基礎位圖的新畫布：

Bitmap bitmap = Bitmap.CreateBitmap(100, 100, Bitmap.Config.Argb8888);
Canvas canvas = new Canvas(b);

取得物件的另一Canvas種方式是提供 View 基類的 OnDraw 回呼方法。 Android 會在決定 View 需要自行繪製並傳入 Canvas 物件，讓 View 能夠使用時呼叫這個方法。

Canvas 類別會公開方法，以程式設計方式提供繪製指示。例如：

Canvas.Draw 小畫家 – 以指定的繪製填滿整個畫布的點陣圖。
Canvas.DrawPath – 使用指定的繪製繪製指定的幾何圖形。
Canvas.DrawText – 使用指定的色彩繪製畫布上的文字。文字會在位置 x,y 繪製。

使用 Canvas API 繪製

以下是畫布 API 運作情形的範例。下列代碼段示範如何繪製檢視：

public class MyView : View
{
    protected override void OnDraw(Canvas canvas)
    {
        base.OnDraw(canvas);
        Paint green = new Paint {
            AntiAlias = true,
            Color = Color.Rgb(0x99, 0xcc, 0),
        };
        green.SetStyle(Paint.Style.FillAndStroke);

        Paint red = new Paint {
            AntiAlias = true,
            Color = Color.Rgb(0xff, 0x44, 0x44)
        };
        red.SetStyle(Paint.Style.FillAndStroke);

        float middle = canvas.Width * 0.25f;
        canvas.DrawPaint(red);
        canvas.DrawRect(0, 0, middle, canvas.Height, green);
    }
}

上述程式代碼會先建立紅色油漆和綠色油漆物件。它會以紅色填滿畫布的內容，然後指示畫布繪製 25% 的畫布寬度的綠色矩形。在本文的原始程式碼隨附的專案中， AnimationsDemo 可以看到此專案的範例。藉由啟動應用程式，並從主功能表中選取 [繪圖] 專案，我們應該有類似下列畫面：

動畫

用戶喜歡在其應用程式中移動的專案。動畫是改善應用程式用戶體驗並協助其脫穎而出的絕佳方式。最好的動畫是使用者不會注意到的動畫，因為它們感覺自然。 Android 提供下列三個適用於動畫的 API：

檢視動畫 – 這是原始 API。這些動畫會系結至特定的 View，而且可以在檢視的內容上執行簡單的轉換。由於簡單起見，此 API 仍然適用於 Alpha 動畫、旋轉等專案。
屬性動畫 – 已在 Android 3.0 中引進屬性動畫。它們可讓應用程式產生幾乎任何動畫效果。屬性動畫可以用來變更任何物件的任何屬性，即使螢幕上看不到該物件也一樣。
可繪製動畫 – 這是特殊的可繪製資源，可用來將非常簡單的動畫效果套用至版面配置。

一般而言，屬性動畫是慣用的系統，因為它更具彈性，並提供更多功能。

檢視動畫

檢視動畫僅限於檢視，而且只能在起點和終點、大小、旋轉和透明度等值上執行動畫。這些類型的動畫通常稱為 tween 動畫。檢視動畫可以透過程式代碼或使用 XML 檔案，以程式設計方式定義兩種方式。 XML 檔案是宣告檢視動畫的慣用方式，因為它們更容易閱讀且更容易維護。

動畫 XML 檔案會儲存在 /Resources/anim Xamarin.Android 專案的目錄中。此檔案必須具有下列其中一個專案做為根元素：

alpha – 淡入或淡出動畫。
rotate – 旋轉動畫。
scale – 重設大小動畫。
translate – 水準和/或垂直動作。
set – 可保存一或多個其他動畫元素的容器。

根據預設，XML 檔案中的所有動畫都會同時套用。若要讓動畫循序進行，請在上面定義的其中一個項目上設定 android:startOffset 屬性。

您可以使用插補器來影響動畫中的變更速率。插補器可讓動畫效果加速、重複或減速。 Android 架構提供數個現成的插補程式，例如（但不限於）：

AccelerateInterpolator / DecelerateInterpolator – 這些插補器會增加或減少動畫中的變更速率。
BounceInterpolator – 變更會在結尾反彈。
LinearInterpolator – 變更的速率是常數。

下列 XML 顯示結合其中一些元素的動畫檔案範例：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<set xmlns:android=http://schemas.android.com/apk/res/android
     android:shareInterpolator="false">

    <scale android:interpolator="@android:anim/accelerate_decelerate_interpolator"
           android:fromXScale="1.0"
           android:toXScale="1.4"
           android:fromYScale="1.0"
           android:toYScale="0.6"
           android:pivotX="50%"
           android:pivotY="50%"
           android:fillEnabled="true"
           android:fillAfter="false"
           android:duration="700" />

    <set android:interpolator="@android:anim/accelerate_interpolator">
        <scale android:fromXScale="1.4"
               android:toXScale="0.0"
               android:fromYScale="0.6"
               android:toYScale="0.0"
               android:pivotX="50%"
               android:pivotY="50%"
               android:fillEnabled="true"
               android:fillBefore="false"
               android:fillAfter="true"
               android:startOffset="700"
               android:duration="400" />

        <rotate android:fromDegrees="0"
                android:toDegrees="-45"
                android:toYScale="0.0"
                android:pivotX="50%"
                android:pivotY="50%"
                android:fillEnabled="true"
                android:fillBefore="false"
                android:fillAfter="true"
                android:startOffset="700"
                android:duration="400" />
    </set>
</set>

此動畫會同時執行所有動畫。第一個縮放動畫會水平縮放影像，並垂直縮小影像，然後同時旋轉 45 度逆時針和縮小，從螢幕消失。

動畫可以透過擴充動畫，然後將動畫套用至 View，以程式設計方式套用至檢視。 Android 提供協助程式類別，這個類別 Android.Views.Animations.AnimationUtils 會擴充動畫資源，並傳回的 Android.Views.Animations.Animation實例。這個物件會藉由呼叫 StartAnimation 並傳遞 Animation 物件，套用至 View。下列代碼段顯示下列範例：

Animation myAnimation = AnimationUtils.LoadAnimation(Resource.Animation.MyAnimation);
ImageView myImage = FindViewById<ImageView>(Resource.Id.imageView1);
myImage.StartAnimation(myAnimation);

既然我們已經對檢視動畫的運作方式有了基本瞭解，讓我們移至屬性動畫。

屬性動畫

屬性動畫器是 Android 3.0 中引進的新 API。它們提供更具擴充性的 API，可用來建立任何物件上任何屬性的動畫效果。

所有屬性動畫都是由 Animator 子類別的實例所建立。應用程式不會直接使用此類別，而是使用其中一個子類別：

ValueAnimator – 這個類別是整個屬性動畫 API 中最重要的類別。它會計算需要變更的屬性值。 ViewAnimator不會直接更新這些值，而是會引發可用來更新動畫物件的事件。
ObjectAnimator – 這個類別是的 ValueAnimator 子類別。它旨在藉由接受要更新的目標對象和屬性來簡化動畫物件的程式。
AnimationSet – 此類別負責協調動畫如何彼此相關執行。動畫可以同時執行、循序執行，或兩者之間有指定的延遲。

評估工具 是動畫器用來計算動畫期間新值的特殊類別。現為 Android 提供下列評估工具：

IntEvaluator – 計算整數屬性的值。
FloatEvaluator – 計算 float 屬性的值。
ArgbEvaluator – 計算色彩屬性的值。

如果正在產生動畫效果的屬性不是 float或 int 色彩，應用程式可能會藉由實 ITypeEvaluator 作介面來建立自己的評估工具。（實作自定義評估工具超出本主題的範圍。

使用 ValueAnimator

任何動畫都有兩個部分：計算動畫值，然後在某些物件上的屬性上設定這些值。 ValueAnimator 只會計算值，但不會直接在對象上運作。相反地，物件將會在動畫生命週期內叫用的事件處理程式內更新。此設計允許從一個動畫值更新數個屬性。

您可以呼叫下列其中一個 Factory 方法，以取得的實例 ValueAnimator ：

ValueAnimator.OfInt
ValueAnimator.OfFloat
ValueAnimator.OfObject

完成後， ValueAnimator 實例必須設定其持續時間，然後才能啟動。下列範例示範如何在1000毫秒的跨度上，以動畫顯示從0到1的值：

ValueAnimator animator = ValueAnimator.OfInt(0, 100);
animator.SetDuration(1000);
animator.Start();

但本身，上述代碼段並不十分有用 – 動畫工具會執行，但更新的值沒有目標。類別 Animator 會在決定必須通知接聽程式新值時引發Update事件。應用程式可能會提供事件處理程式來回應此事件，如下列代碼段所示：

MyCustomObject myObj = new MyCustomObject();
myObj.SomeIntegerValue = -1;

animator.Update += (object sender, ValueAnimator.AnimatorUpdateEventArgs e) =>
{
    int newValue = (int) e.Animation.AnimatedValue;
    // Apply this new value to the object being animated.
    myObj.SomeIntegerValue = newValue;
};

既然我們已經瞭解 ValueAnimator，讓我們深入瞭解 ObjectAnimator。

使用 ObjectAnimator

ObjectAnimator 是的 ViewAnimator 子類別，結合了計時引擎和的值計算 ValueAnimator ，以及連接事件處理程式所需的邏輯。需要 ValueAnimator 應用程式明確地連接事件處理程式， ObjectAnimator 將會為我們處理此步驟。

的 API 非常類似於的 API ObjectAnimator ， ViewAnimator但要求您提供要更新的物件和屬性名稱。下列範例顯示使用 ObjectAnimator的範例：

MyCustomObject myObj = new MyCustomObject();
myObj.SomeIntegerValue = -1;

ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.OfFloat(myObj, "SomeIntegerValue", 0, 100);
animator.SetDuration(1000);
animator.Start();

如您先前代碼段所見， ObjectAnimator 可以減少並簡化建立對象動畫所需的程序代碼。

可繪製的動畫

最後一個動畫 API 是可繪製的動畫 API。可繪製的動畫會一個接一個地載入一系列的 Drawable 資源，並循序顯示它們，類似於翻轉動畫片。

可繪製的資源定義於 XML 檔案中，該檔案具有 <animation-list> 元素做為根元素，以及一系列 <item> 定義動畫中每個畫面的專案。這個 XML 檔案會儲存在 /Resource/drawable 應用程式的資料夾中。下列 XML 是可繪製動畫的範例：

<animation-list xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
  <item android:drawable="@drawable/asteroid01" android:duration="100" />
  <item android:drawable="@drawable/asteroid02" android:duration="100" />
  <item android:drawable="@drawable/asteroid03" android:duration="100" />
  <item android:drawable="@drawable/asteroid04" android:duration="100" />
  <item android:drawable="@drawable/asteroid05" android:duration="100" />
  <item android:drawable="@drawable/asteroid06" android:duration="100" />
</animation-list>

此動畫會透過六個畫面執行。屬性 android:duration 會宣告每個畫面的顯示時間長度。下一個代碼段顯示建立 Drawable 動畫的範例，並在使用者按兩下畫面上的按鈕時啟動它：

AnimationDrawable _asteroidDrawable;

protected override void OnCreate(Bundle bundle)
{
    base.OnCreate(bundle);
    SetContentView(Resource.Layout.Main);

    _asteroidDrawable = (Android.Graphics.Drawables.AnimationDrawable)
    Resources.GetDrawable(Resource.Drawable.spinning_asteroid);

    ImageView asteroidImage = FindViewById<ImageView>(Resource.Id.imageView2);
    asteroidImage.SetImageDrawable((Android.Graphics.Drawables.Drawable) _asteroidDrawable);

    Button asteroidButton = FindViewById<Button>(Resource.Id.spinAsteroid);
    asteroidButton.Click += (sender, e) =>
    {
        _asteroidDrawable.Start();
    };
}

此時，我們已涵蓋 Android 應用程式中可用的動畫 API 基礎。

摘要

本文介紹許多新的概念和 API，以協助將一些圖形新增至 Android 應用程式。首先，它討論了各種 2D 圖形 API，並示範 Android 如何讓應用程式使用 Canvas 物件直接繪製到畫面。我們也看到一些替代技術，允許使用 XML 檔案以宣告方式建立圖形。然後，我們接著討論在Android中建立動畫的舊版和新 API。

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