Canvas в Android: какво е това, клас Canvas и методи draw

Какво е Canvas в Android

Canvas — е централният клас за 2D графика в Android, който предоставя методи за рисуване върху равнина. Всеки Canvas е свързан с Bitmap — област от паметта, в която се записват резултатите от операциите по рисуване. Когато View се прерисува, системата предава на onDraw() Canvas, който вече е свързан с буфера на този изглед.

Canvas работи в координатна система, където (0,0) е горният ляв ъгъл, оста X отива надясно, оста Y надолу. Всички операции по рисуване използват текущото състояние на Canvas, включително трансформационната матрица, зоната на изрязване (clip) и стила Paint. Според Android Documentation (2025), Canvas API включва над 30 метода draw* за различни типове графични примитиви.

Canvas и хардуерно ускорение

От Android 3.0 (API 11) Canvas поддържа хардуерно ускорение чрез DisplayList. В ускорен режим операциите на Canvas се записват в DisplayList и след това се изпълняват на GPU. Това дава значително увеличение на производителността, но налага ограничения: някои операции на Canvas (clipPath с не-Path клип) не се поддържат в ускорен режим.

Основни методи на Canvas за рисуване

Canvas предоставя набор от методи за рисуване на основни примитиви. Всеки метод приема геометрични параметри и обект Paint, определящ визуалния стил.

Всеки метод може да бъде извикан в произволен ред — Canvas рисува по реда на извикванията, поставяйки нови елементи върху предишните. За сложни композиции се използва техника на многослойно рисуване със запазване и възстановяване на състоянието на Canvas.

Клас Paint: настройка на стилове и ефекти

Paint — е класът, който определя как Canvas ще рисува. Без Paint методите на Canvas са безполезни — той задава цвят, дебелина на линията, стил на запълване, размер на текста, ефекти (сянка, градиент, размазване) и режим на смесване.

Paint има ключови свойства: color (цвят), style (FILL, STROKE или FILL_AND_STROKE), strokeWidth (дебелина на линията), textSize (размер на текста), isAntiAlias (изглаждане), shader (градиент или изображение). Създаването на обект Paint е скъпа операция, затова трябва да се създаде веднъж и да се преизползва.

private val fillPaint = Paint().apply {
    color = Color.parseColor("#FF6200EE")
    style = Paint.Style.FILL
    isAntiAlias = true
}

private val strokePaint = Paint().apply {
    color = Color.WHITE
    style = Paint.Style.STROKE
    strokeWidth = 4f
    isAntiAlias = true
}

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)
    canvas.drawCircle(100f, 100f, 80f, fillPaint)
    canvas.drawCircle(100f, 100f, 80f, strokePaint)
}

В този пример се използват два Paint: един за запълване на кръга с лилав цвят, втори за бял контур. Разделянето на fill и stroke е стандартна практика, позволяваща гъвкаво управление на външния вид без пресъздаване на обекти.

Shader и градиенти

За градиентни запълвания Paint приема Shader — подкласове LinearGradient, RadialGradient, SweepGradient. Shader се прикрепя към Paint чрез метода setShader() и определя как цветът се променя в областта на рисуване.

Трансформации на Canvas: translate, rotate, scale

Canvas поддържа матрични трансформации на координатната система: translate() (преместване), rotate() (завъртане), scale() (мащабиране) и skew() (наклоняване). Трансформациите се натрупват: всяко следващо извикване се прилага върху предишните.

Управлението на стека от трансформации се осъществява чрез save() и restore(). save() запазва текущото състояние на Canvas (матрица, clip) в стека, restore() възстановява последното запазено състояние. Между save() и restore() могат да има вложени трансформации.

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)

    canvas.save() // Запази началното състояние
    canvas.translate(100f, 100f) // Премести началото

    // Първи квадрат
    canvas.drawRect(0f, 0f, 50f, 50f, fillPaint)

    canvas.save() // Запази след преместване
    canvas.rotate(45f, 25f, 25f) // Завърти около центъра на квадрата

    // Завъртян квадрат
    canvas.drawRect(0f, 0f, 50f, 50f, strokePaint)
    canvas.restore() // Възстанови след завъртане

    canvas.restore() // Възстанови началното състояние
}

Винаги използвайте save() преди започване на трансформации и restore() след тяхното завършване. Небалансираните save/restore водят до натрупване на матрицата и неправилно рисуване на следващите елементи.

Canvas с Bitmap и Path за сложна графика

За сложна графика Canvas се комбинира с Bitmap и Path. Bitmap се използва за зареждане на изображения и кеширане на рендерирани кадри. Path — за изграждане на произволни криви на Безие, многоъгълници и сложни контури.

Offscreen Bitmap буфер

Техника на offscreen-рендериране: създава се Bitmap, върху него се рисува сложна сцена чрез отделен Canvas и след това готовият Bitmap се показва в onDraw() чрез drawBitmap(). Това позволява актуализиране на сложна графика без пълно прерисуване на всеки кадър.

private var offscreenBitmap: Bitmap? = null
private var offscreenCanvas: Canvas? = null

fun buildOffscreenScene(width: Int, height: Int) {
    offscreenBitmap = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.ARGB_8888)
    offscreenCanvas = Canvas(offscreenBitmap)

    // Рендерирай сцената веднъж
    offscreenCanvas!!.drawColor(Color.WHITE)
    drawGrid(offscreenCanvas!!)
    drawComplexShape(offscreenCanvas!!)
}

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)
    offscreenBitmap?.let { canvas.drawBitmap(it, 0f, 0f, null) }
}

Path се използва за изграждане на сложни контури: криви на Безие (quadTo, cubicTo), дъги (arcTo), линии (lineTo). Path може да бъде затворен (close()) за запълнени фигури или отворен за линии. Основните методи drawPath() комбинират Path и Paint за крайно рисуване.

Оптимизация на рисуването с Canvas

Производителността на рисуването с Canvas пряко влияе върху FPS на приложението. Основни проблеми: прекомерни алокации в onDraw(), чести invalidate() и неоптимално използване на хардуерното ускорение.

Създавайте обекти извън onDraw()

Paint, Path, Rect, RectF и други обекти трябва да се създават еднократно в инициализатора или метода setup(). Всяка алокация в onDraw() натоварва garbage collector, което води до микро-забавяния. Изключение — static или companion object за неизменяеми обекти.

Използвайте clipRect() за ограничаване на областта

Ако голяма част от View е скрита извън видимата област (например в ScrollView), използвайте canvas.clipRect() за ограничаване на рисуването. Хардуерното ускорение в този случай допълнително оптимизира изрязването на невидими пиксели.

override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)

    // Изрежи до видимата област
    canvas.save()
    canvas.clipRect(scrollX, scrollY, scrollX + width, scrollY + height)

    // Рендерирай голяма сцена
    renderScene(canvas)
    canvas.restore()
}

Използвайте View.setLayerType() с LAYER_TYPE_HARDWARE за View със сложна Canvas графика, която се актуализира рядко. За често актуализирани анимации използвайте LAYER_TYPE_NONE, за да избегнете скъпото актуализиране на хардуерния слой. Профилирайте чрез GPU Profile Rendering и Android Studio Profiler.