以一个着色游戏展开讲解Android中区域图像填色的方法

一、着色游戏概述

近期群里偶然看到一哥们在群里聊不规则图像填充什么四联通、八联通什么的,就本身好学务实的态度去查阅了相关资料。对于这类着色的资料,最好的就是去搜索些相关app,根据我的观察呢,不规则图像填充在着色游戏里面应用居多,不过大致可以分为两种:

  • 基于层的的填充
  • 基于边界的填充

那么针对上述两种,我们会通过两篇博文来讲解,本篇就是叙述基于层的填充方式,那么什么基于层的填充方式呢?其实就是一张图实际上是由多个层组成的,每个层显示部分图像(无图像部分为透明),多层叠加后形成一张完整的图案,图层间是叠加的关系,类似下图。

相信大家如果学过PS,对上述肯定再了解不过了。比如你要绘制一个天空,你可以最底层去绘制蓝天,在上层绘制白云,再上层会执行小鸟。然后三层叠加以后就是一副小鸟在天空翱翔的图了。

二、效果与分析

好了,接下来看下今天的效果。

ok,可以看到一个简单的着色效果,其实原理很简单,首先呢,该图实际上是由7层组成:

例如下图。

那么如果我们需要给这幅图的某个位置着色,实际上是给某一层的非透明区域着色。实际上就转化为:

用户点击的(x,y)-> 判断落在哪一层的非透明区域 -> 然后给该层非透明区域着色。

ok,这样原理就叙述清楚了,实际上也是非常的简单,基于该原理,我们可以自定义一个View,然后一幅一幅去绘制图层,最后按照上述步骤去编写代码。不过,我们还有可以偷懒的地方,其实没必要我们自己去一个图层一个图层的绘制,我们可以利用Drawable去完成图层叠加的工作,我们有一类Drawable叫做LayerDrawable,对应的xml为layer-list,我们可以通过使用LayerDrawable极大的简化我们的工作。

三、编码与实现

上述已经描述很清楚了,我再给大家细化一下:

layer-list中去定义我们的drawable
然后把该drawable作为我们View的背景
复写onTouchEvent方法
判断用户点击的坐标落在哪一层的非透明位置,改变该层非透明区域颜色
(一)layer-list

 <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<layer-list xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask1"/>
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask2"/>
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask3"/>
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask4"/>
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask5"/>
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask6"/>
 <item
  android:drawable="@drawable/eel_mask7"/>
</layer-list>

ok,这样我们的drawable就ok了~~没撒说的,不过layer-list可以做很多事情,大家可以关注下。

(二)View代码

package com.zhy.colour_app_01;

import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.PorterDuff;
import android.graphics.drawable.BitmapDrawable;
import android.graphics.drawable.Drawable;
import android.graphics.drawable.LayerDrawable;
import android.util.AttributeSet;
import android.util.Log;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.View;

import java.util.Random;

/**
 * Created by zhy on 15/5/14.
 */
public class ColourImageBaseLayerView extends View
{

 private LayerDrawable mDrawables;

 public ColourImageBaseLayerView(Context context, AttributeSet attrs)
 {
  super(context, attrs);
  mDrawables = (LayerDrawable) getBackground();

 }

 @Override
 protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)
 {
  setMeasuredDimension(mDrawables.getIntrinsicWidth(), mDrawables.getIntrinsicHeight());
 }

 @Override
 public boolean onTouchEvent(MotionEvent event)
 {
  final float x = event.getX();
  final float y = event.getY();
  if (event.getAction() == MotionEvent.ACTION_DOWN)
  {
   Drawable drawable = findDrawable(x, y);
   if (drawable != null)
    drawable.setColorFilter(randomColor(), PorterDuff.Mode.SRC_IN);
  }

  return super.onTouchEvent(event);
 }

 private int randomColor()
 {
  Random random = new Random();
  int color = Color.argb(255, random.nextInt(256), random.nextInt(256), random.nextInt(256));
  return color;
 }

 private Drawable findDrawable(float x, float y)
 {
  final int numberOfLayers = mDrawables.getNumberOfLayers();
  Drawable drawable = null;
  Bitmap bitmap = null;
  for (int i = numberOfLayers - 1; i >= 0; i--)
  {
   drawable = mDrawables.getDrawable(i);
   bitmap = ((BitmapDrawable) drawable).getBitmap();
   try
   {
    int pixel = bitmap.getPixel((int) x, (int) y);
    if (pixel == Color.TRANSPARENT)
    {
     continue;
    }
   } catch (Exception e)
   {
    continue;
   }
   return drawable;
  }
  return null;
 }

}

ok,代码也比较简单,首先我们把drawable作为view的背景,然后在构造中获取drawable(LayerDrawable)。接下来复写onTouchEvent,捕获用户点击的(x,y),根据(x,y)去找出当前点击的是哪一层(必须点击在非透明区域),最后通过设置setColorFilter去改变颜色即可~很easy吧最后贴下布局文件:

(三)布局文件

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
    android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
    tools:context=".MainActivity">

 <com.zhy.colour_app_01.ColourImageBaseLayerView
  android:background="@drawable/eel"
  android:layout_width="match_parent"
  android:layout_centerInParent="true"
  android:layout_height="match_parent"/>

</RelativeLayout>

四、边界的填充
1.图像的填充有2种经典算法。

一种是种子填充法。种子填充法理论上能够填充任意区域和图形,但是这种算法存在大量的反复入栈和大规模的递归,降低了填充效率。
另一种是扫描线填充法。
注意:实际上图像填充的算法还是很多的,有兴趣可以去Google学术上去搜一搜。
ok,下面先看看效果图:

ok,可以看到这样的颜色填充比上一篇的基于层的在素材的准备上要easy 很多~~~

2.原理分析

首先我们简述下原理,我们在点击的时候拿到点击点的”颜色”,然后按照我们选择的算法进行填色即可。

算法1:种子填充法,四联通/八联通
算法简介:假设要将某个区域填充成红色。

从用户点击点的像素开始,上下左右(八联通还有左上,左下,右上,右下)去判断颜色,如果四个方向上的颜色与当前点击点的像素一致,则改变颜色至目标色。然后继续上述这个过程。

ok,可以看到这是一个递归的过程,1个点到4个,4个到16个不断的去延伸。如果按照这种算法,你会写出类似这样的代码:

/**
  * @param pixels 像素数组
  * @param w  宽度
  * @param h  高度
  * @param pixel 当前点的颜色
  * @param newColor 填充色
  * @param i  横坐标
  * @param j  纵坐标
  */
 private void fillColor01(int[] pixels, int w, int h, int pixel, int newColor, int i, int j)
 {
  int index = j * w + i;
  if (pixels[index] != pixel || i >= w || i < 0 || j < 0 || j >= h)
   return;
  pixels[index] = newColor;
  //上
  fillColor01(pixels, w, h, pixel, newColor, i, j - 1);
  //右
  fillColor01(pixels, w, h, pixel, newColor, i + 1, j);
  //下
  fillColor01(pixels, w, h, pixel, newColor, i, j + 1);
  //左
  fillColor01(pixels, w, h, pixel, newColor, i - 1, j);
 }

代码很简单,但是如果你去运行,会发生StackOverflowException异常,这个异常主要是因为大量的递归造成的。虽然简单,但是在移动设备上使用该方法不行。

于是,我就想,这个方法不是递归深度过多么,那么我可以使用一个Stack去存像素点,减少递归的深度和次数,于是我把代码改成如下的方式:

/**
  * @param pixels 像素数组
  * @param w  宽度
  * @param h  高度
  * @param pixel 当前点的颜色
  * @param newColor 填充色
  * @param i  横坐标
  * @param j  纵坐标
  */
 private void fillColor(int[] pixels, int w, int h, int pixel, int newColor, int i, int j)
 {
  mStacks.push(new Point(i, j));

  while (!mStacks.isEmpty())
  {
   Point seed = mStacks.pop();
   Log.e("TAG", "seed = " + seed.x + " , seed = " + seed.y);

   int index = seed.y * w + seed.x;

   pixels[index] = newColor;
   if (seed.y > 0)
   {
    int top = index - w;
    if (pixels[top] == pixel)
    {

     mStacks.push(new Point(seed.x, seed.y - 1));
    }
   }

   if (seed.y < h - 1)
   {
    int bottom = index + w;
    if (pixels[bottom] == pixel)
    {
     mStacks.push(new Point(seed.x, seed.y + 1));
    }
   }

   if (seed.x > 0)
   {
    int left = index - 1;
    if (pixels[left] == pixel)
    {
     mStacks.push(new Point(seed.x - 1, seed.y));
    }
   }

   if (seed.x < w - 1)
   {
    int right = index + 1;
    if (pixels[right] == pixel)
    {
     mStacks.push(new Point(seed.x + 1, seed.y));
    }
   }

  }


 }

方法的思想也比较简单,将当前像素点入栈,然后出栈着色,接下来分别判断四个方向的,如果符合条件也进行入栈(只要栈不为空持续运行)。ok,这个方法我也尝试跑了下,恩,这次不会报错了,但是速度特别的慢~~~~慢得我是不可接受的。(有兴趣可以尝试,记得如果ANR,点击等待)。

这样来看,第一种算法,我们是不考虑了,没有办法使用,主要原因是假设对于矩形同色区域,都是需要填充的,而算法一依然是各种入栈。于是考虑第二种算法

扫描线填充法

详细可参考 扫描线种子填充算法的解析和扫描线种子填充算法。
算法思想:

初始化一个空的栈用于存放种子点,将种子点(x, y)入栈;
判断栈是否为空,如果栈为空则结束算法,否则取出栈顶元素作为当前扫描线的种子点(x, y),y是当前的扫描线;
从种子点(x, y)出发,沿当前扫描线向左、右两个方向填充,直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xLeft和xRight;
分别检查与当前扫描线相邻的y - 1和y + 1两条扫描线在区间[xLeft, xRight]中的像素,从xRight开始向xLeft方向搜索,假设扫描的区间为AAABAAC(A为种子点颜色),那么将B和C前面的A作为种子点压入栈中,然后返回第(2)步;
上述参考自参考文献[4],做了些修改,文章[4]中描述算法,测试有一点问题,所以做了修改.

可以看到该算法,基本上是一行一行着色的,这样的话在大块需要着色区域的效率比算法一要高很多。

ok,关于算法的步骤大家目前觉得模糊,一会可以参照我们的代码。选定了算法以后,接下来就开始编码了。

3.编码实现

我们代码中引入了一个边界颜色,如果设置的话,着色的边界参考为该边界颜色,否则会只要与种子颜色不一致为边界。

(一)构造方法与测量

public class ColourImageView extends ImageView
{

 private Bitmap mBitmap;
 /**
  * 边界的颜色
  */
 private int mBorderColor = -1;

 private boolean hasBorderColor = false;

 private Stack<Point> mStacks = new Stack<Point>();

 public ColourImageView(Context context, AttributeSet attrs)
 {
  super(context, attrs);

  TypedArray ta = context.obtainStyledAttributes(attrs, R.styleable.ColourImageView);
  mBorderColor = ta.getColor(R.styleable.ColourImageView_border_color, -1);
  hasBorderColor = (mBorderColor != -1);

  L.e("hasBorderColor = " + hasBorderColor + " , mBorderColor = " + mBorderColor);

  ta.recycle();

 }

 @Override
 protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec)
 {
  super.onMeasure(widthMeasureSpec, heightMeasureSpec);

  int viewWidth = getMeasuredWidth();
  int viewHeight = getMeasuredHeight();

  //以宽度为标准,等比例缩放view的高度
  setMeasuredDimension(viewWidth,
    getDrawable().getIntrinsicHeight() * viewWidth / getDrawable().getIntrinsicWidth());
  L.e("view's width = " + getMeasuredWidth() + " , view's height = " + getMeasuredHeight());

  //根据drawable,去得到一个和view一样大小的bitmap
  BitmapDrawable drawable = (BitmapDrawable) getDrawable();
  Bitmap bm = drawable.getBitmap();
  mBitmap = Bitmap.createScaledBitmap(bm, getMeasuredWidth(), getMeasuredHeight(), false);
 }

可以看到我们选择的是继承ImageView,这样只需要将图片设为src即可。
构造方法中获取我们的自定义边界颜色,当然可以不设置~~
重写测量的目的是为了获取一个和View一样大小的Bitmap便于我们操作。

接下来就是点击啦~

4.onTouchEvent

@Override
 public boolean onTouchEvent(MotionEvent event)
 {
  final int x = (int) event.getX();
  final int y = (int) event.getY();
  if (event.getAction() == MotionEvent.ACTION_DOWN)
  {
   //填色
   fillColorToSameArea(x, y);
  }

  return super.onTouchEvent(event);
 }

 /**
  * 根据x,y获得改点颜色,进行填充
  *
  * @param x
  * @param y
  */
 private void fillColorToSameArea(int x, int y)
 {
  Bitmap bm = mBitmap;

  int pixel = bm.getPixel(x, y);
  if (pixel == Color.TRANSPARENT || (hasBorderColor && mBorderColor == pixel))
  {
   return;
  }
  int newColor = randomColor();

  int w = bm.getWidth();
  int h = bm.getHeight();
  //拿到该bitmap的颜色数组
  int[] pixels = new int[w * h];
  bm.getPixels(pixels, 0, w, 0, 0, w, h);
  //填色
  fillColor(pixels, w, h, pixel, newColor, x, y);
  //重新设置bitmap
  bm.setPixels(pixels, 0, w, 0, 0, w, h);
  setImageDrawable(new BitmapDrawable(bm));

 }

可以看到,我们在onTouchEvent中获取(x,y),然后拿到改点坐标:

获得点击点颜色,获得整个bitmap的像素数组
改变这个数组中的颜色
然后重新设置给bitmap,重新设置给ImageView
重点就是通过fillColor去改变数组中的颜色

/**
  * @param pixels 像素数组
  * @param w  宽度
  * @param h  高度
  * @param pixel 当前点的颜色
  * @param newColor 填充色
  * @param i  横坐标
  * @param j  纵坐标
  */
 private void fillColor(int[] pixels, int w, int h, int pixel, int newColor, int i, int j)
 {
  //步骤1:将种子点(x, y)入栈;
  mStacks.push(new Point(i, j));

  //步骤2:判断栈是否为空,
  // 如果栈为空则结束算法,否则取出栈顶元素作为当前扫描线的种子点(x, y),
  // y是当前的扫描线;
  while (!mStacks.isEmpty())
  {


   /**
    * 步骤3:从种子点(x, y)出发,沿当前扫描线向左、右两个方向填充,
    * 直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xLeft和xRight;
    */
   Point seed = mStacks.pop();
   //L.e("seed = " + seed.x + " , seed = " + seed.y);
   int count = fillLineLeft(pixels, pixel, w, h, newColor, seed.x, seed.y);
   int left = seed.x - count + 1;
   count = fillLineRight(pixels, pixel, w, h, newColor, seed.x + 1, seed.y);
   int right = seed.x + count;


   /**
    * 步骤4:
    * 分别检查与当前扫描线相邻的y - 1和y + 1两条扫描线在区间[xLeft, xRight]中的像素,
    * 从xRight开始向xLeft方向搜索,假设扫描的区间为AAABAAC(A为种子点颜色),
    * 那么将B和C前面的A作为种子点压入栈中,然后返回第(2)步;
    */
   //从y-1找种子
   if (seed.y - 1 >= 0)
    findSeedInNewLine(pixels, pixel, w, h, seed.y - 1, left, right);
   //从y+1找种子
   if (seed.y + 1 < h)
    findSeedInNewLine(pixels, pixel, w, h, seed.y + 1, left, right);
  }


 }


可以看到我已经很清楚的将该算法的四个步骤标识到该方法中。好了,最后就是一些依赖的细节上的方法:

 /**
  * 在新行找种子节点
  *
  * @param pixels
  * @param pixel
  * @param w
  * @param h
  * @param i
  * @param left
  * @param right
  */
 private void findSeedInNewLine(int[] pixels, int pixel, int w, int h, int i, int left, int right)
 {
  /**
   * 获得该行的开始索引
   */
  int begin = i * w + left;
  /**
   * 获得该行的结束索引
   */
  int end = i * w + right;

  boolean hasSeed = false;

  int rx = -1, ry = -1;

  ry = i;

  /**
   * 从end到begin,找到种子节点入栈(AAABAAAB,则B前的A为种子节点)
   */
  while (end >= begin)
  {
   if (pixels[end] == pixel)
   {
    if (!hasSeed)
    {
     rx = end % w;
     mStacks.push(new Point(rx, ry));
     hasSeed = true;
    }
   } else
   {
    hasSeed = false;
   }
   end--;
  }
 }

 /**
  * 往右填色,返回填充的个数
  *
  * @return
  */
 private int fillLineRight(int[] pixels, int pixel, int w, int h, int newColor, int x, int y)
 {
  int count = 0;

  while (x < w)
  {
   //拿到索引
   int index = y * w + x;
   if (needFillPixel(pixels, pixel, index))
   {
    pixels[index] = newColor;
    count++;
    x++;
   } else
   {
    break;
   }

  }

  return count;
 }


 /**
  * 往左填色,返回填色的数量值
  *
  * @return
  */
 private int fillLineLeft(int[] pixels, int pixel, int w, int h, int newColor, int x, int y)
 {
  int count = 0;
  while (x >= 0)
  {
   //计算出索引
   int index = y * w + x;

   if (needFillPixel(pixels, pixel, index))
   {
    pixels[index] = newColor;
    count++;
    x--;
   } else
   {
    break;
   }

  }
  return count;
 }

 private boolean needFillPixel(int[] pixels, int pixel, int index)
 {
  if (hasBorderColor)
  {
   return pixels[index] != mBorderColor;
  } else
  {
   return pixels[index] == pixel;
  }
 }

 /**
  * 返回一个随机颜色
  *
  * @return
  */
 private int randomColor()
 {
  Random random = new Random();
  int color = Color.argb(255, random.nextInt(256), random.nextInt(256), random.nextInt(256));
  return color;
 }

ok,到此,代码就介绍完毕了~~~

最后贴下布局文件~~

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    xmlns:zhy="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
    android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
    tools:context=".MainActivity">
 <com.zhy.colour_app_01.ColourImageView
  zhy:border_color="#FF000000"
  android:src="@drawable/image_007"
  android:background="#33ff0000"
  android:layout_width="match_parent"
  android:layout_centerInParent="true"
  android:layout_height="match_parent"/>

</RelativeLayout>


<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
 <declare-styleable name="ColourImageView">
  <attr name="border_color" format="color|reference"></attr>
 </declare-styleable>
</resources>

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