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分类: C/C++

2014-11-09 23:35:41

最近在看cairo的代码,随手写的文档,还没有整理。
Cairo将成为Linux 2D 绘图的未来,相信我,没错的。这是一个笔记,另外还有一个cairo粗斜体显示中文的补丁,这个补丁我永远也不会向外放,因为,这么作,就跟firefly和akito的做法一样,用一个错误的方法解决错误的问题。
粗体实现,应该在freetype的GetBitmap之前就要完成,这样,任何基于freetype的东西都不再需要补丁了。
这个文档会不断完善,也会跟着cairo的版本升级作修改,我希望最后这个文档能够涵盖cairo编程所有的东西,同时也希望有兴趣的能够一起来写这个文档。
这个文档还没有清楚的解释什么是surface,什么是path,什么是pattern,慢慢完善吧,不过如果你用一段时间后,你会慢慢的悟出来。

Cairo真是个好东西,你可以用它画出所有的东西。
 
 
Cairo 编程入门

1,什么是Cairo。
        按照官方的说法:Cairo is a vector graphics library with cross-device output support.
        翻译过来,就是cairo是一个支持多种输出的向量图形库。
        具体解释一下,也就是说,cairo是种画图的工具库,他可以向多种设备上画图,比如:
        cairo可以输出到png,可以输出到pdf,可以输出到ps,可以输出到xlib,可以输出到XCB,可以输出到win32,以后还要输出到svg
       
   我们可以展望一下,如果cairo能够统一linux下所有的画图接口,那么,所见所得可能就会成为显示。毕竟现在显示和打印是两套代码
2,编译安装cairo:
        目前的linux操作系统应该都没有问题,只要注意提供freetype/fontconfig就可以了。
        然后,下载:
        libpixman
        glitz
        就可以编译安装cairo了。
        如果需要svg-cairo就要下载libsvg, libsvg-cairo编译安装。
        如果需要python绑定,下载pycairo
        如果需要gtk绑定,下载gtkcairo
        如果需要qt绑定,自己去研究一下吧。不过你要自己写也行,使用doublebuffer,然后用bitblt就可以了。

3,快速入门:
        如果单纯的从代码上理解cairo,可能容易让人迷惑,这种类似于Postscript编码风格的东西确实让人有点混乱,所以,我们需要这么去理解cairo:
        cairo是一个画笔,你可以为这个画笔设置颜色、设置字体、设置alpha,也可以用这个画笔去画出任何图形。
        就像画家作画一样,你可以用画布,也可以用宣纸,也可以用其他的材料。cairo这支画笔,可以在png,ps,pdf或者Xlib上画东西。
       
        一个比较有代表性的例子如下:
        #include <cairo.h>
        #include <cairo-png.h>       
        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        int main()
        {
       
        FILE *file;
        file=fopen("a.png","w");//打开一个文件,写入,文件名为a.png
       
        cairo_t *cr;        //声明一支画笔
        cr=cairo_create();//创建画笔
        cairo_set_target_png(cr,file,CAIRO_FORMAT_ARGB32,400,400);//设置画布,这里就是刚刚打开的那个文件,a.png
        cairo_set_rgb_color(cr,0,1,0);//设置画笔颜色,也就是红,绿,蓝,这里设置成绿色。
        cairo_rectangle(cr,10,10,200,200);//画一个方块,位置从坐标(10,10)开始,宽200,高200
        cairo_fill(cr);//填充,使用的颜色当然是上面设置的颜色。
        cairo_move_to(cr,250,200);//将画笔移动到(250,200)
        cairo_select_font (cr, "DongWen--Song",
                       CAIRO_FONT_SLANT_NORMAL,
                       CAIRO_FONT_WEIGHT_NORMAL);//为cairo设置一个字体,字体名DongWen--Song,非斜体,非粗体。
        cairo_scale_font(cr,60);//缩放字体到60倍
        cairo_show_text(cr,"hello world");//画出一个串
        cairo_destroy(cr);//销毁画笔
        fclose(file);//关闭文件
        }
        存成t1.c,然后使用下面的命令编译
        gcc -o t1 t1.c -lcairo -I/usr/include/cairo
       
        运行./t1,就生成了一个png图片文件,自己用工具打开看就可以了。
 

TIPS:
cairo_stoke(cr);
神来一笔,描线函数,也就是将一个path用线把轮廓描出来。
cairo_fill(cr);
就是填充函数,也就是将一个path用某种颜色填充起来。

比如:
cairo_rectangle(cr,10,10,100,100);
cairo_set_line_width(cr,10)
cairo_set_rgb_color(cr,0,0,1);
cairo_stroke(cr);
这时候就画了一个方块。
cairo_move_to(cr,0,0);
cairo_line_to(cr,100,100);
cairo_set_rgb_color(cr,1,0,0);
cairo_stroke(cr);
画了一条斜线,从0,0到100,100
cairo_set_line_width(cr,LINE_WIDTH);
设置线宽。
cairo_set_line_cap(cr, LINE_CAP);
设置线条两端的显示方式
CAIRO_LINE_CAP_ROUND,圆形,圆形的中心就是你定义的两个端点
CAIRO_LINE_CAP_BUTT,方形,就从你定义的点开始。
CAIRO_LINE_CAP_SQUARE,方形,方形的中心就是你定义的两个端点。
也就是如果用square或者round,画出的线条比两个端点的距离要长一点,一面长半个LINE_WIDTH。
注意,cairo_set_line_cap好像只对线条有效,如果你画一个rectangle,角永远是尖的。

cairo_curve_to(cr,x1,y1,x2,y2,x3,y3)
通过三点定义一道弧线。
cairo_arc(cr,x,y,radius,from,to);
画一个圆,圆心x,y,半径,然后注意:指定弧度,比如从0,M_PI(在math.h里)。就可以是一个半圆。
从0到2*M_PI就是一个整圆。其他弧度,自己用M_PI去除就OK了。
注意,这里画线的方向是顺时针的。
cairo_arc_negative(cr,x,y,radius,from,to);
这个函数功能跟上面的函数一样,只是逆时针画。
 
cairo_rotate(cr,angle);
接受弧度做参数,自己用M_PI去除吧。
旋转函数,注意,使用时,它是影响全局的,也就是旋转了之后,后面画的一切都是旋转的,所以,在旋转之前,做一下cairo_save,完成需要的旋转之后
做一下cairo_restore能方便一点。
cairo_fill(cr);
填充函数,将你前面画的东西用指定颜色填充起来。
比如:
cairo_arc(cr,100,100,40,0,2*M_PI);//以100,100坐标为圆心画一个半径为40的圆(整圆)。
cairo_set_rgb_color(cr,1,0,0);//红色
cairo_fill(cr);//这时候得到的就是一个红色的实心圆。
如果是
cairo_arc(cr,100,100,40,0,2*M_PI);
cairo_set_line_width(cr,3);
cairo_set_rgb_color(cr,1,0,0);
cairo_stroke(cr);
这时候就画了一个空心圆圈。
如果是
cairo_arc(cr,100,100,40,0,M_PI);
然后再作cairo_stroke(cr);
这时候得到的是一个开口的半圆,cairo并不会给你画上直线。
 
cairo_scale(cr,x,y);
缩放图形,谨慎使用,注意使用cairo_save和cairo_restore,这个函数可以在不同的surface上使用。
x指宽度缩放倍数,y指高度缩放的倍数。

字体操作:
cairo_font_scale(cr,num);
将字体缩放多少倍,仅影响字体。
cairo_select_font(cr, char* fontname, cairo_font_slant_t, cairo_font_weight_t );
更改字体函数, fontname就是字体名,比如SimSun, DongWen--Song等。
其中cairo_font_slant_t有
CAIRO_FONT_SLANT_NORMAL//正常
CAIRO_FONT_SLANT_ITALIC//斜体
CAIRO_FONT_SLANT_OBLIQUE//更斜体
cairo_font_weight_t有
CAIRO_FONT_WEIGHT_NORMAL//正常
CAIRO_FONT_WEIGHT_BOLD//粗体
比如我要设置一个粗斜体就是:
cairo_select_font(cr, "Nimbus Sans L", CAIRO_FONT_SLANT_ITALIC, CAIRO_FONT_WEIGHT_BOLD);
注意:中文字体全部没有粗体,斜体变化,有兴趣的可以看看
cairo_ft_font.c中的
cairo_ft_font_create_glyph函数,在FT_Outline_Get_Bitmap拿到bitmap之后
作一下偏移就可以拿到一个fake 的bold,不过,这个是治标不是治本,真正要搞定,还是要修改
freetype,有兴趣的自己去看freetype的代码吧。
也可以通过
cairo_ft_font_create();返回cairo_font_t *
cairo_set_font();接受参数cairo_t *和cairo_font_t *
之类的函数来操作字体,很遗憾,在0.4.0中是无效的。
在这里我据个例子:
#include <fontconfig.h>
int main()
{
......
FcPattern *pattern;
FcPattern *matched;
FcResult error;
pattern=FcPatternCreate();
FcPatternAddString(pattern,FC_FAMILY,"Nimbus Sans L");
FcPatternAddInteger(pattern,FC_SLANT,FC_SLANT_ITALIC);
FcPatternAddInteger(pattern,FC_WEIGHT,FC_WEIGHT_BOLD);
matched = FcFontMatch(NULL,pattern, &error);
cairo_matrix_t *matrix = cairo_matrix_create();
cairo_font_t * cft = cairo_ft_font_create(matched,matrix);
cairo_set_font(cr,cft);
//可惜,以上代码无效
......
}
还好,用select_font加上scale_font还能够满足要求,所以不这么写反而省事了。

Cairo画笔拷贝操作:
cairo 提供了以下函数操作画笔:
cairo_create();创建画笔。
cairo_reference();增加引用计数1。
cairo_destroy();减少引用计数1,如果返回0,所有的资源均被释放。
cairo_save();保存当前cairo画笔。
cairo_restore();恢复上一次保存的cairo画笔,也就是说必须跟cairo_save()配对。
如果仅仅做了一次cairo_save();却使用了两次cairo_restore(),那么就会发生不可预料的效果。
看下面的例子:

    cairo_t * cr;
    cr = cairo_create(); //声明画笔并创建
    FILE *file;
    file=fopen("c.png","w");
    cairo_set_target_png(cr,file,CAIRO_FORMAT_ARGB32,400,400);//设置目标为一个png文件,大小为400x400,色彩32位。
    cairo_save(cr);//SAVE_1  保存画笔,这时候,画笔是干干净净的,没有任何操作。
    cairo_rectangle(cr,10,10,200,200);
    cairo_set_rgb_color(cr,0,0,1);
    cairo_set_line_width(cr,4);
    cairo_stroke(cr); //画一个矩形框,蓝色
   
    cairo_move_to(cr,60,60);//将画笔移动到 60x60坐标,注意:画文字的时候,这个坐标是文字左下角坐标,如果你这时候移动到0,0坐标,
                                其实你的文字将被画到400x400的画布之外。切记。
    cairo_select_font(cr,"Nimbus Sans L", 0,0); //选择正体Nimbus Sans L,请根据你系统的fc-list自己选择一个字体
    cairo_scale_font(cr,60);//设置为60,虽然是scale,但是cairo内部实际上用的是字号
    cairo_show_text(cr,"hehe");//显示hehe,蓝色,60号,Nimbus Sans L字体
    cairo_restore(cr);//恢复到 SAVE_1,这时候的画笔是干干净净的。
    cairo_save(cr);//SAVE_2  保存一下,没准以后还会用到这个干净的画笔。
    cairo_move_to(cr,70,70);//移动到70,70
    cairo_set_rgb_color(cr,1,0,0);
    cairo_scale_font(cr,60);
    cairo_show_text(cr,"hehe");//显示文本hehe,红色,60号,默认字体,如果上面不作restore,而你有天真的进行了scale_font,这时候,字体就是60x60倍了
                                //有可能根本就看不到了
    cairo_restore(cr); //恢复到SAVE_2,这时候画笔仍然是初始状态。

    /*画了一个大半圆曲线
    如果,上面你没有恢复到画笔的初始状态,那么,这时候cairo画笔位于70,70,猜猜会有什么结果
    你将画一条直线,捎带一个大半圆曲线,画线的方向是这样的,从当前坐标(70,70)到大半圆的开头,然后到大半圆结尾,
    也就是顺时针方向。
    */
       
    cairo_set_rgb_color(cr,0,1,0);
    cairo_arc(cr,100,100,60,0, 1.5*M_PI);
    cairo_set_line_width(cr,3);
    cairo_set_line_cap(cr,CAIRO_LINE_CAP_ROUND);
    cairo_stroke(cr);
    cairo_destroy(cr);
    cairo_destroy(cr);
    fclose(file);
 
Cairo Path:
path的具体翻译不太好作,理解为路径又不能表达意思,就知道这个东西是path吧。
上面提到了:在画半圆的时候,因为前面进行了move_to,所以,他会使用move_to到的坐标作为起点。是不是我们必须cairo_save和cairo_restore呢?
不用,有path就可以了。
比如
cairo_t *cr;
cr = cairo_create();
cairo_set_target_....;
cairo_move_to(70,70);
cairo_set_rgb_color(cr,0,1,0);
cairo_arc(cr,100,100,60,0, 1.5*M_PI);
cairo_set_line_width(cr,3);
cairo_set_line_cap(cr,CAIRO_LINE_CAP_ROUND);
cairo_stroke(cr);

自己执行一下,看看结果,还是一条直线加大半圆。
我们修改代码如下:
cairo_t *cr;
cr = cairo_create();
cairo_set_target_....;
cairo_move_to(70,70);
cairo_new_path(cr);
cairo_set_rgb_color(cr,0,1,0);
cairo_arc(cr,100,100,60,0, 1.5*M_PI);
cairo_set_line_width(cr,3);
cairo_set_line_cap(cr,CAIRO_LINE_CAP_ROUND);
cairo_stroke(cr);
cairo_close_path(cr);

另外,还有一个cairo_text_path(char * utf;
这个函数可以用来显示字体,这个功能跟cairo_show_text(cairo_t *, char *)类似。
另外一个很重要的功能就是,他可以把字体当成path处理,所以,你可以作出任何特效和变换。
比如,作一个空心字:
cairo_text_path("Hello");
cairo_set_line_width(cr,1);
cairo_stroke(cr);
这是通过cairo_show_text()做不到的。
 
Cairo 后端:
1,png 后端:
        #include <cairo-png.h>
       FILE * file;
       file = fopen("cairo_out.png","w");
       cairo_set_target_png(cr,file,CAIRO_FORMAT_ARGB32,400,400);
      
       解释一下这个函数,这个函数接受5个参数,第一个参数就是cairo画笔,第二个参数是要输出的文件,第三个参数是色彩深度。
       色彩深度的类型是cairo_format_t *,有:
       CAIRO_FORMAT_ARGB32:32位
       CAIRO_FORMAT_RGB24:32位
       CAIRO_FORMAT_A8:8位
       CAIRO_FORMAT_A1:1位
      
       后两个参数,分别是PNG图像的宽度和高度(如果没有例外,cairo中所有的函数都是宽度在前,高度在后);
2,PDF后端:
        #include <cairo-pdf.h>
        FILE *file;
        file = fopen("cairo.pdf","w");
        double width = 10;//英寸
        double height = 10;//英寸
        double xPPI=10;//每英寸象素
        double yPPI=10;//每英寸象素
        cairo_set_target_pdf(cr,file,width,height,xPPI,yPPI);
3,PS后端:
        函数原型跟pdf基本一样。
        #include <cairo-ps.h>
        FILE *file;
        file = fopen("cairo.ps","w");
        double width = 10;//英寸
        double height = 10;//英寸
        double xPPI=10;//每英寸象素
        double yPPI=10;//每英寸象素
        cairo_set_target_ps(cr,file,width,height,xPPI,yPPI);
       
4,X后端:
        也就是用来直接在X应用上画图,所以,所有基于xlib的应用全部都可以使用这种方式,比如qt和gtk等等
        对Xlib应用来说,举例:
       
        Display *dpy;
        Window win;
        cairo_set_target_drawable (cr, dpy, win);
        第一个参数必须是Display *,第二个参数可以是任何Drawable的内容,比如一个Pixmap.
        Pixmap pix;
        pix = XCreatePixmap(.....);
        然后,再把pix draw到窗口上等等,总之怎么作都行了。
       
        对于qt应用,可以直接在控件上画,也可以直接在QPixmap上画,总之,凡是从
        QPaintDevice类派生来的都可以。
       
        比如:
        QPixmap pixmap;
        pixmap.resize(size());
        Display *dpy = pixmap.x11AppDisplay();
        Drawable drw = pixmap.handle();
        cairo_set_target_drawable(cr,dpy,drw);
        然后再把这个pixmap bitBlt到控件上。
       
        同样,也可以直接在控件上画,也就是this.x11AppDisplay()和this.handle()       
5,通用target,cairo_set_target_image()
        使用方法;
        char * bitmap;
        int width=1024;
        int height=768;
        int stride = width*4
        bimap = malloc(stride*height);
        cairo_set_target_image(cr,bitmap,CAIRO_FORMAT_ARGB32,width,height,stride);
        最后一个参数表示步进。
       
       
如何draw到framebuffer?很简单了:
        打开device,将device mmap到内存,然后画就可以了。

       

几个rel函数:
cairo_rel_move_to();
cairo_rel_line_to();
cairo_rel_curve_to();
什么意思?相对坐标的意思。
其实很简单,就是以你当前的点为坐标的原点,然后在移动或者画到制定的位置。
比如:
cairo_move_to(cr,10,10);
cairo_rel_move_to(cr,10,10);
这时候点就在20,20上。
cairo_move_to(cr,20,10);
cairo_line_to(cr,100,100);
这时候画了一跟线,起点坐标是(20,10),终点坐标是(100,100);
如果是
cairo_move_to(cr,20,10);
cairo_rel_line_to(cr,100,100);
这时候的线其实是从(20,10)画到了(120,110);

也就是cairo_rel_line_to(cr,100,100);
等于
cairo_line_to(cr,120,110);
同样cairo_curve_to也是一样的算法。
 
取点函数:
cairo_current_point(cr,double *, double *);
double x;
double y;
cairo_move_to(cr,10,10);
cairo_rel_line_to(cr,70,100);
cairo_current_point(cr,&x,&y);
printf("x: %lf, y: %lf\n",x,y);
输出结果就是:
80.000000
110.000000
 

scale和rotate
看下面一个例子:
cairo_t *cr;
cr = cairo_create();
cairo_set_target_.....;
cairo_rotate(cr,M_PI/6);//顺时针旋转30度。如果是-M_PI/6,也就是逆时针旋转30度了。
cairo_rectangle(cr,10,10,100,100);//正方形
cairo_set_rgb_color(cr,1,0,0);
cairo_set_line_width(cr,10);
cairo_stroke(cr);
这时候,发现正方形确实顺时针旋转了三十度,但是还是正方形。

看这个:
cairo_t *cr;
cr = cairo_create();
cairo_set_target_.....;
cairo_scale(cr,1,0.5);也就是水平方向不变,垂直方向缩小为一半。
cairo_rotate(cr,M_PI/6);//顺时针旋转30度。如果是-M_PI/6,也就是逆时针旋转30度了。
cairo_rectangle(cr,10,10,100,100);//正方形,经过了scale之后,变成了长方形。
cairo_set_rgb_color(cr,1,0,0);
cairo_set_line_width(cr,10);
cairo_stroke(cr);
注意,首先,上下两条边的粗细变成了原来的一半,同时,这个图形不是一个直角矩形,而成了一个平行四边形。
为什么?
因为:
进行了scale之后,影响垂直方向的所有变换,都变成了原来的一半。所以,本来应该是每条边都旋转30度,现在
上下两条边都变成了旋转一半的度数,也就是15度。
当然,如果你要旋转一个长方形,只要直接用cairo_rectangle画一个长方形就OK了
注意,cairo_rotate只影响其后的内容,所以,不能在画完了在rotate。
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