Android 图形处理 —— Matirx 方法详解及应用场景-CFANZ编程社区

本文原始发表于：https://juejin.cn/post/7038559881187557406

上一篇文章《Matrix 原理剖析》介绍了 Matrix 的基础原理，本文介绍 Matrix 一些常用方法以及具体的使用场景

Matrix 方法详解

文中部分内容及图片参考自：https://blog.csdn.net/gb702250823/article/details/53526149

方法类别	相关 API	摘要
数值操作	set、reset、setValues、getValues	设置、重置、设置数值、获取数值
数值计算	mapPoints、mapRadius、mapRect、mapVectors	计算变换后的数值
设置	setConcat、setRotates、setScale、setSkew、setTranslate	设置变换
前乘	preConcat、preRotate、preScale、preSkew、preTranslate	前乘变换
后乘	postConcat、postRotate、postScale、postSkew、postTranslate	后乘变换
特殊方法	setPolyToPoly、setRectToRect	一些特殊操作

数值操作

void set(Matrix src)

深拷贝一份 src 中的数据到当前 Matrix 中, 如果 src 为 null, 则相当于 reset

void reset()

将当前 Matrix 重置成一个单位矩阵

void setValues(float[] values)

将一组浮点数值的前 9 位数据拷贝到 Matrix 中，如果数组长度小于 9，调用该方法会抛出异常

void getValues(float[] values)

从 Matrix 中拷贝数据到 values 浮点数组中

数值计算

mapXXX 有很多签名版本，具体区别可以参考源码注释，这里据其中一个常用的签名方法作为说明，下同

void mapPoints(float[] dst, float[] src)

把当前 Matrix 应用到 src 所指示的所有坐标上，然后将变换后的坐标复制到 dst 数组上

数组中每两个相邻的点表示一个坐标（x,y），因此数组长度一般都是偶数，否则最后一个数值不参与计算

float mapRadius(float radius)

把当前 Matrix 应用到半径为 radius 所指示的圆上，然后返回变换之后的圆的半径，由于圆可能会因为画布变换变成椭圆，所以此处测量的是平均半径

boolean mapRect(RectF dst, RectF src)

和 mapPoints 类似，把当前 Matrix 应用到 src 所指示的四个顶点上，然后将变换后的四个顶点值写入 dst 中，返回值是判断矩形经过变换后是否仍为矩形

void mapVectors(float[] dst, float[] src)

和 mapPoinst、mapRect 类似，这里测试计算的是向量，不再赘述

设置

setRotates、setScale、setSkew、setTranslate

这几个方法比较好理解，就是将变换设置给当前 Matrix，得到一个变换后的 Matrix

boolean setConcat(Matrix a, Matrix b)

相当于计算两个矩阵相乘 a × b，并将结果赋值给当前矩阵，即 c.setConcat(a, b) 表示 c = a × b

前乘后乘

这两类计算也比较好理解，就是对应了数学中的矩阵前乘和后乘

特殊方法

boolean setPolyToPoly

boolean setPolyToPoly (
        float[] src, 	// 原始顶点数组 src [x, y]
        int srcIndex, 	// 原始顶点数组开始位置
        float[] dst, 	// 目标顶点数组 dst [x, y]
        int dstIndex, 	// 目标顶点数组开始位置
        int pointCount)	// 测控顶点的数量 取值范围是: 0 到 4

Poly 全称是 Polygon，多边形的意思。

调用这个方法后，会计算从原始顶点和到目标顶点的变换（意味着 src 和 dst 要一一对应），把这种变换信息存储到当前 Matrix 中；将得到的 Matrix 应用到任意图形上，可以实现把这个图形进行 Matrix 所表示的形状变换，效果如下图所示

其中 pointCount 不同数值也代表了不同能力的变换，一般我们最常用的 pointCount 都是 4，0~3 我们都可以用更加简单的方法来代替实现

pointCount	摘要
0	相当于 reset
1	相当于 Translate
2	可以进行缩放、旋转、平移变换
3	可以进行缩放、旋转、平移、错切变换
4	可以进行缩放、旋转、平移、错切以及任何形变

测控点的选取

测控点可以选择任何你认为方便的位置，只要 src 与dst一一对应即可。不过为了方便，通常会选择一些特殊的点：图形的四个角，边线的中心点以及图形的中心点等。不过有一点需要注意，测控点选取都应当是不重复的 (src 与 dst 均是如此)，如果选取了重复的点会直接导致测量失效，这也意味着，你不允许将一个方形 (四个点) 映射为三角形(四个点，但其中两个位置重叠)，但可以接近于三角形。

作用范围

作用范围是设置了 Matrix 的全部区域，如果你将这个 Matrix 赋值给了 Canvas，它的作用范围就是整个画布，如果你赋值给了 Bitmap，它的作用范围就是整张图片

boolean setRectToRect(RectF src, RectF dst, ScaleToFit stf)

了解了 setPolyToPoly 之后，这个方法就比较好理解，简单来说就是将源矩形的内容填充到目标矩形中，然而在大多数的情况下，源矩形和目标矩形的长宽比是不一致的，到底该如何填充呢，这个填充的模式就由第三个参数 stf 来确定

ScaleToFit 是一个枚举类型，共包含了四种模式:

模式	效果
CENTER	居中，对 `src` 等比例缩放，并最大限度的填充变换后的矩形，将其居中放置在 `dst` 中
START	顶部，对 `src` 等比例缩放，并最大限度的填充变换后的矩形，将其放置在 `dst` 的左上角，左上对齐
END	底部，对 `src` 等比例缩放，并最大限度的填充变换后的矩形，将其放置在 `dst` 的右下角，右下对齐
FILL	充满，拉伸 `src` 的宽和高，使其完全填充满 `dst`

一图胜千言：

Matrix 在 Android 中的使用场景

其实我们日常开发中或多或少已经接触了 Matrix，只是大部分我们都还不知道，比如我们使用的 ImageView 的 ScaleType，实际上内部就是通过 Matrix 实现的

除此之外，Matrix 的应用十分广泛，这里没法一一列举，大家在学习了基本原理和常用 api 之后可以自行想象和实践，网上也有很对 Matrix 应用的有趣的例子。

这里笔者分享一下自己在实际开发中用到 Matrix 的例子 —— 相机扫描识别二维码

当我在开发这个功能的时候，遇到一个棘手的问题：当相机实时预览识别到二维码之后，需要将当前帧截取下来当成静态背景图，然后在识别到二维码的位置上显示一个小黄点，类似微信扫码的效果：

这里首先需要介绍下，相机识别二维码的大致流程

相机取景框实时取景 -> 图像帧预处理（包括裁剪、灰度化等）-> 扫码 SDK 分析预处理后的帧图像 -> 识别到二维码，返回二维码信息（包括在图中的位置等） -> 将当前图像原始帧设置为背景图 -> 在图上二维码位置出绘制小黄点

由于 SDK 分析的是裁剪灰度化过后的图像，因此返回的二维码位置信息也是基于裁剪过后的坐标系，如果我们直接把这个坐标绘制在屏幕上，必然会发现二维码位置不对

因此这里就涉及到坐标映射：我们需要把裁剪后的坐标映射回手机屏幕坐标

先看看我们当前有哪些数据：

裁剪后的图像
二维码位置信息，是一组顶点（上下左右四个位置的点 x,y ）
取景框尺寸

我们可以分析出，这里发生了变化的是两个矩形：取景框和裁剪后的图像

根据之前学到的内容，我们可以使用 setPolyToPoly 或者 setRectToRect 来描述这一变换，这里我们以 setPolyToPoly 举例，伪代码如下：

// 实例化一个原始矩阵（单位矩阵）
val matrix = Matrix()

// cropRect 是裁剪后的图像的矩形
val source = floatArrayOf(
    cropRect.left.toFloat(),
    cropRect.top.toFloat(),
    cropRect.right.toFloat(),
    cropRect.top.toFloat(),
    cropRect.right.toFloat(),
    cropRect.bottom.toFloat(),
    cropRect.left.toFloat(),
    cropRect.bottom.toFloat()
)

// previewView 是取景框视图
val destination = floatArrayOf(
    0f,
    0f,
    previewView.width.toFloat(),
    0f,
    previewView.width.toFloat(),
    previewView.height.toFloat(),
    0f,
    previewView.height.toFloat()
)

// 使用 setPolyToPoly 描述这种变换，得到一个矩阵 Matrix
// 这里默认裁剪后的图像没有旋转，否则还需要处理旋转
matrix.setPolyToPoly(source, 0, destination, 0, 4)

得到 Matrix 之后，我们就可以使用 mapPointsToPoints 来计算，按照此矩阵变换后的二维码位置坐标了

val srcArray = it.position.toFloatArray() // 表示二维码原始坐标数据
val destArray = FloatArray(srcArray.size) // 表示计算出来的二维码坐标数据，即在相机取景框上的位置
matrix.mapPoints(destArray, srcArray)

这样，我们就可以实现准确地在相机屏幕上标出二维码的位置了

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