Quartz 2D概述

Quartz 2D是一个二维绘图引擎，可在iOS环境中和内核以外的所有Mac OS X应用程序环境中访问。您可以使用Quartz 2D应用程序编程接口（API）访问基于路径的绘图，透明绘画，着色，绘制阴影，透明度图层，PDF文档生成和PDF元数据访问等功能。Quartz 2D尽可能利用图形硬件的强大功能。

在Mac OS X中，Quartz 2D可以与所有其他图形和成像技术 - Core Image，Core Video，OpenGL和QuickTime一起使用。

同样，在iOS中，Quartz 2D可以使用所有可用的图形和动画技术，例如Core Animation，OpenGL ES和UIKit类。

The Page

Quartz 2D使用画家的模型进行成像。在画家的模型中，每个连续的绘画操作都将“绘画”层应用于输出“画布”，通常称为页面。通过附加绘图操作叠加更多涂料，可以修改页面上的涂料。在页面上绘制的对象不能被修改，除非覆盖更多的绘画。该模型允许您从少量强大的基元构建极其复杂的图像。

下图显示了画家模型的工作原理。为了在图的顶部获得图像，左边的形状先被绘制，然后是实体形状。实体形状覆盖第一个形状，遮蔽了除第一个形状外的所有形状。图形底部以相反顺序绘制形状，首先绘制实体形状。正如你所看到的，在画家的模型中，绘画顺序很重要。

画家的模型:

该页面可能是一张真正的纸张（如果输出设备是打印机）;它可能是一张虚拟的纸张（如果输出设备是PDF文件）;它甚至可能是一个位图图像。页面的确切性质取决于您使用的特定图形上下文。

绘图目的地：图形上下文（The Graphics Context）

图形上下文是一种不透明的数据类型（CGContextRef），封装了Quartz用于将图像绘制到输出设备（如PDF文件，位图或显示器上的窗口）的信息。图形上下文中的信息包括图形绘制参数和页面上绘画的设备特定表示。Quartz中的所有对象都被绘制或包含在图形上下文中。

您可以将图形上下文视为绘图目的地。使用Quartz进行绘制时，所有设备特定的特征都包含在您使用的特定类型的图形上下文中。换句话说，您可以简单地通过为相同的Quartz绘图例程序列提供不同的图形上下文来将相同的图像绘制到不同的设备上。您不需要执行任何设备特定的计算;Quartz 为你做。

Quartz 绘图目的地：

这些图形上下文可用于您的应用程序：

• 位图图形上下文允许您将RGB颜色，CMYK颜色或灰度绘制到位图中。位图是像素的矩形阵列（或光栅），每个像素代表图像中的一个点。

• PDF图形上下文允许您创建PDF文件。在PDF文件中，您的绘图被保存为一系列命令。PDF文件和位图之间有一些显着差异：

  • 与位图不同，PDF文件可能包含多个页面。

  • 当您从不同设备上的PDF文件中绘制页面时，生成的图像将针对该设备的显示特性进行优化。

  • PDF文件本质上是独立于分辨率的 - 它们被绘制的大小可以无限增大或减小，而不会牺牲图像细节。位图图像的用户感知质量与打算查看位图的分辨率相关联。

• 窗口图形上下文是一个您可以使用它来绘制到窗口中的图形上下文。请注意，由于Quartz 2D是图形引擎而不是窗口管理系统，因此您可以使用其中一个应用程序框架来获取窗口的图形上下文。

• 图层上下文（CGLayerRef）是与另一图形上下文关联的屏外绘图目的地。对于离屏绘图而言，图层上下文可能比位图图形上下文更好。

• 当您想要在Mac OS X中打印时，将内容发送到由打印框架管理的PostScript图形上下文。

Quartz 2D不透明数据类型

除了图形上下文之外，Quartz 2D API还定义了各种不透明的数据类型。因为API是Core Graphics框架的一部分，所以对它们进行操作的数据类型和例程使用CG前缀。

Quartz 2D根据应用程序运行的不透明数据类型创建对象，以实现特定的绘图输出。下图显示了当您将绘图操作应用于Quartz 2D提供的三个对象时可以实现的各种结果。例如：

• 您可以通过创建PDF页面对象来旋转和显示PDF页面，将旋转操作应用于图形上下文，并要求Quartz 2D将页面绘制到图形上下文中。

• 您可以通过创建一个图案对象来绘制图案，定义构成图案的形状，并设置Quartz 2D将图案作为绘制到图形上下文时使用。

• 您可以通过创建阴影对象来填充具有轴向或径向阴影的区域，提供一个函数来确定阴影中每个点的颜色，然后要求Quartz 2D使用阴影作为填充颜色。

不透明数据类型是在Quartz 2D中绘制图元的基础:

Quartz 2D中可用的不透明数据类型包括以下内容：

• CGPathRef，用于矢量图形来创建您填充或描边的路径。

• CGImageRef，用于根据您提供的样本数据表示位图图像和位图图像蒙版。

• CGLayerRef，用于表示可用于重复绘图（例如用于背景或图案）和用于屏外绘图的绘图层。

• CGPatternRef，用于重复绘图。

• CGShadingRef 和 CGGradientRef，用于绘制渐变。

• CGFunctionRef，用于定义采用任意数量的浮点参数的回调函数。在为阴影创建渐变时使用此数据类型。

• CGColorRef 和 CGColorSpaceRef，用于通知Quartz如何解释颜色。

• CGImageSourceRef 和 CGImageDestinationRef，用于将数据移入和移出Quartz。

• CGFontRef 用于绘制文本。

• CGPDFDictionaryRef,CGPDFObjectRef,CGPDFPageRef,CGPDFStream,CGPDFStringRef, 和CGPDFArrayRef, 提供对PDF元数据的访问。

• GPDFScannerRef 和 CGPDFContentStreamRef，解析PDF元数据。

• CGPSConverterRef，用于将PostScript转换为PDF。它在iOS中不可用。

图形状态

Quartz根据当前图形状态下的参数修改绘制操作的结果。图形状态包含的参数，除此之外被视为绘制例程的参数。绘制到图形上下文的例程会查询图形状态以确定如何呈现其结果。例如，当您调用函数来设置填充颜色时，您正在修改存储在当前图形状态中的值。当前图形状态的其他常用元素包括线宽（line width），当前位置（current position）和文本字体大小（text font size）。

图形上下文（graphics context）包含一个图形状态（graphics states）堆栈。当Quartz创建一个图形上下文时，堆栈是空的。保存图形状态时，Quartz会将当前图形状态的副本压入堆栈。当您恢复图形状态时，Quartz弹出堆栈顶部的图形状态。弹出状态成为当前图形状态。

为了保存当前的图形状态，使用函数CGContextSaveGState将当前图形状态的副本推送到堆栈上。要恢复先前保存的图形状态，请使用函数CGContextRestoreGState将当前图形状态替换为堆栈顶部的图形状态。

请注意，并非当前绘图环境的所有方面都是图形状态的元素。例如，当前路径不被视为图形状态的一部分，因此在调用函数CGContextSaveGState时不会保存。调用此函数时保存的图形状态参数在下面列出。

与图形状态关联的参数：

• 当前变换矩阵（CTM）

• 剪切区域（Clipping area）

• 线条：宽度，连接，上限，短划线，斜接限制（Line: width, join, cap, dash, miter limit）

• 曲线估计精度（平坦度）

• 颜色：填充和笔画设置（Color: fill and stroke settings）

• Alpha值（透明度）

• 渲染意图

• 色彩空间：填充和笔触设置（Color space: fill and stroke settings）

• 文本：字体，字体大小，字符间距，文本绘图模式

• 混合模式

Quartz 2D 坐标系统

如图1-4所示的坐标系定义了用于表示要在页面上绘制的对象的位置和大小的位置范围。您可以在用户空间坐标系中指定图形的位置和大小，或者更简单地指定用户空间。坐标被定义为浮点值。

图1-4 Quartz 坐标系

由于不同的设备具有不同的底层成像功能，因此必须以独立于设备的方式定义图形的位置和大小。例如，屏幕显示设备可能能够显示每英寸不超过96像素，而打印机可能能够显示每英寸300像素。如果您在设备级定义坐标系（在此示例中为96像素或300像素），则在该空间中绘制的对象无法在其他设备上再现而没有可见的失真。它们会显得太大或太小。

Quartz使用单独的坐标系统 - 用户空间 - 使用当前转换矩阵或CTM将其映射到输出设备 - 设备空间的坐标系 - 来实现设备独立性。矩阵是用来有效描述一组相关方程的数学结构。当前变换矩阵是一种称为仿射变换的特定类型的矩阵，它通过应用平移，旋转和缩放操作将点从一个坐标空间映射到另一个坐标空间（移动，旋转和调整坐标系的计算）。

当前的转换矩阵有一个次要目的：它允许您转换如何绘制对象。例如，要绘制一个旋转45度的方框，可以在绘制方框之前旋转页面的坐标系（CTM）。使用旋转的坐标系将Quartz绘制到输出设备。

用户空间中的点由坐标对（x，y）表示，其中x表示沿着水平轴（左侧和右侧）的位置，并且y表示垂直轴（上和下）。用户坐标空间的原点是点（0,0）。原点位于页面的左下角。在Quartz的默认坐标系中，x轴从页面的左侧向右侧移动时增加。随着从底部向页面顶部移动，y轴的值会增加。

一些技术使用不同于Quartz使用的默认坐标系统来设置它们的图形上下文。相对于Quartz，这样的坐标系是一个修改后的坐标系，并且在执行一些Quartz绘图操作时必须进行补偿。最常见的修改后的坐标系将原点放置在上下文的左上角，并将y轴更改为指向页面底部。您可能会看到使用此特定坐标系的几个位置如下所示：

• 在Mac OS X中，NSView的一个子类重写了其isFlipped方法以返回YES。

• 在iOS中，由UIView返回的绘图上下文。

• 在iOS中，通过调用UIGraphicsBeginImageContextWithOptions函数创建一个绘图上下文。

UIKit使用修改后的坐标系返回Quartz绘图上下文的原因是UIKit使用不同的默认坐标约定;它将转换应用到它创建的Quartz上下文，以便它们符合其约定。如果您的应用程序想使用相同的绘图例程绘制UIView对象和PDF图形上下文（由Quartz创建并使用默认坐标系），您需要应用变换，以便PDF图形上下文接收相同的修改后的坐标系。为此，请应用一个转换，将原点转换为PDF上下文的左上角，并将y坐标缩放-1。

使用缩放变换来取消y坐标会改变Quartz绘图中的一些约定。例如，如果您调用CGContextDrawImage将图像绘制到上下文中，则该图像将在绘制到目标中时由其进行修改。同样，路径绘制例程接受参数，该参数指定是否在默认坐标系中以顺时针或逆时针方向绘制圆弧。如果修改了坐标系，结果也会被修改，就好像图像被镜像反射一样。在图1-5中，将相同的参数传递到Quartz将导致默认坐标系中有一个顺时针方向的弧，而在y坐标被转换取消之后会产生一个逆时针方向的弧。

图1-5 修改坐标系创建镜像图像。

这取决于您的应用程序调整它对应用了变换的上下文所作的任何Quartz调用。例如，如果要将图像或PDF正确绘制到图形上下文中，应用程序可能需要暂时调整图形上下文的CTM。在iOS中，如果您使用UIImage对象来包装您创建的CGImage对象，则不需要修改CTM。UIImage对象会自动补偿由UIKit应用的已修改坐标系。

内存管理：对象所有权

Quartz使用Core Foundation内存管理模型，其中对象是使用引用计数管理内存的。创建时，Core Foundation对象的引用计数为1。您可以通过调用保留（retain）该对象的函数来增加引用计数，并通过调用释放（release）对象的函数来减少引用计数。当引用计数递减到0时，该对象被释放。该模型允许对象安全地共享对其他对象的引用。

有几条简单的规则需要记住：

• 如果您创建或复制对象，则您拥有它，因此您必须释放它。也就是说，一般来说，如果您从名称中带有“创建”或“复制”这个词的函数中获得一个对象，则必须在完成该对象时释放该对象。否则，会导致内存泄漏。

• 如果您从名称中不包含单词“创建”或“复制”的函数获取对象，则您不拥有对该对象的引用，并且不得释放它。该对象将在未来某个时候由其所有者释放。

• 如果你不拥有一个对象，并且你需要保留它，你必须保留它并在完成时释放它。您使用特定于对象的Quartz 2D函数来保留和释放该对象。例如，如果您收到对CGColorspace对象的引用，则可以使用CGColorSpaceRetain和CGColorSpaceRelease函数根据需要保留和释放该对象。您也可以使用Core Foundation函数CFRetain和CFRelease，但是您必须小心，不要将NULL传递给这些函数。