標簽： 自定義view 音量波形 音波

本文目的：主要是記錄自己在實現自定義view的時候，一些思路和解決方案。

目標

音量波形圖

繪制兩個音量波形，并且能夠向右運動，上面的波形移動速度慢，下面的波形移動速度快，并且振幅能夠根據音量的高低進行改變。

分解目標

先考慮靜止狀態，上圖有兩個波形圖，現只考慮一個波形圖，每個波形圖類似于兩個正弦函數的閉合。所以我們第一步要繪制一個正弦圖形。

正弦函數圖像

繪制正弦函數

關于自定義view的圖形繪制，一般都需要onMeasure，onLayout，onDraw三個步驟。由于是自定義view，而不是viewGroup，所以并不需要實現onLayout方法。
在繪制之前，要在onMeasure方法里，計算出畫布的高度、寬度、中心點等需要計算的變量，這里就不詳細說明了。
為了便于繪制圖形正弦函數，要把畫布的坐標原點移動到繪制view的中間位置。
也就是下圖中標明的點，這樣坐標原點(0,0)，就位于view的中間，便于函數計算。

正弦函數方法參考：

    private double sine(float x, int period, float drawWidth) {
        return Math.sin(2 * Math.PI * period * x / drawWidth);
    }

其中period為在畫布里有多少個周期，假設period為3，就是在畫布里有三個周期。drawWidth為畫布寬度。

在ondraw 方法里進行繪制。
這里調用drawsine方法

private void drawSine(Canvas canvas, Path path, Paint paint, int period, float drawWidth, float amplitude) {
    float halfDrawWidth = drawWidth / 2f;
    path.reset();
    path.moveTo(-halfDrawWidth, 0);//將繪制的起點移動到最左邊
    float y;
    for (float x = -halfDrawWidth; x <= halfDrawWidth; x++) {
        y = (float) sine(x, period, drawWidth) * amplitude; 
        path.lineTo(x, y);
    }   
    canvas.drawPath(path, paint);
    canvas.save();
    canvas.restore(); 
}

amplitude 為振幅的高度，也就是半個畫布的高度。繪制出的圖形如下（在手機里，y軸正方形是向下的，x軸正方形是向右的）

正弦函數圖

繪制兩個關于y軸對稱正弦函數

繪制反方向正弦函數，并且填充里面的內容。只是相當于將y值乘以-1，這里不詳細列出具體代碼

兩個正弦函數圖

進行內容填充
mPaint.setStyle(Style.FILL); 畫筆的樣式設置為填充，填充后的效果如下

音波圖

縮放波形圖

觀察剛開始的效果圖，發現每個波形的振幅并不相同，所以要考慮對波形圖進行縮放。
采用縮放函數，就是按比例將振幅逐漸增大或者減小。

    double scaling;
    for (float x = -halfDrawWidth; x <= halfDrawWidth; x++) {
        scaling = 1 - Math.pow(x / halfDrawWidth, 2);// 對y進行縮放
        y = (float) (sine(x, period, drawWidth) * amplitude * (1) * Math
                .pow(scaling, 3));
        path.lineTo(x, y);
    }

為了更好的效果，我們縮放了三次，Math.pow(scaling, 3)
現在感覺和圖一的效果差不多了。基本滿足需求，就是每個波形之間的間隙還是很小。（后續會進行優化）

音波縮放圖

讓波形圖動起來

在view里定義一個移動線程MoveThread，每隔一段時間就執行一次刷新postInvalidate()，每次刷新圖像的時候，都會改變該圖形的相位。
所謂相位，查看下圖，一個函數是sin(x),另外一個函數是sin(x+0.5)，兩個函數之間就相差了0.5個相位。

正弦函數相位 + 0.5 圖

相位變化了0.5，看起來就會向左移動0.5的距離。（圖形右上角有標注函數）
在線程中不斷更新相位的取值，這樣不斷的刷新圖形，就會看起來形成一種移動的效果。（大家可以想象以前放電影時用的膠片，實現原理類似）這樣我們的圖形就能運動起來了。
修改后的sine函數

private double sine(float x, int period, float drawWidth, double phase) {
    return Math.sin(2 * Math.PI * period * (x + phase) / drawWidth);
}

定義一個MoveThread

private class MoveThread extends Thread {
    private static final int MOVE_STOP = 1;

    private static final int MOVE_START = 0;

    private int state;

    @Override
    public void run() {
        mPhase = 0;
        state = MOVE_START;
        while (true) {
            if (state == MOVE_STOP) {
                break;
            }
            try {
                sleep(30);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            mPhase -= MOVE_DISTACE;
            postInvalidate();
        }
    }
    public void stopRunning() {
        state = MOVE_STOP;
    }
}

這樣當線程開啟的時候，我們就能根據不斷的改變sine函數的相位，就會形成不斷右移動的效果。

繪制兩個波形，并且設置不同的移動速度

兩個波形的區別只是顏色不同，最大振幅不同，以及移動速度不同。
所謂移動速度不同，就是相位每次改變的值不同。可以在計算sine函數的時候，對固定相位值乘以不同的比例，就會得到不同的移動速度。從下圖中的移動我們可以看到效果，已經很接近目標了。

音波移動圖形

（這里可以在圖中看到不同的實現效果，為了便于有些同學學習和實踐，將整個view進行了解剖，能更快的學習view的繪制過程）

根據音量改變波形圖的振幅

通過音量設置波形圖振幅，這樣能夠讓波形圖隨著聲音大小的變化而變化。
我們改變sin函數的振幅，圖形就會升高或者下降。也就是在相同的x位置處，y的取值會發生變化。

振幅不同，兩個正弦的高度也不同

但是，隨著音頻的變化，振幅的變動幅度變大，這樣會造成一種圖形的閃動。

解決圖形閃動

當音量變化時，我們的振幅會發生變化，也就是這個圖形，會隨著振幅的變化按比例變大或者變小。如下圖標記的兩個點，如果我們刷新間隔為1s，就是1s之后，點1會突然變成點2的位置。這樣就會造成閃動。

點在不同的振幅，所在的高度不同

我們的要求是圖形要平滑的變動，意思就是不能這么快的進行變化，要怎么解決呢？
首先我們規定上升的最大速度為為1px每秒，現在的y值為1px，也就是當前1的位置。
現在只考慮點1的位置，假設我們每1s刷新一次，上升的最大速度為1px每秒，這樣我們就可以計算出下一次變化y的最高位置為 1px + 1px/秒 * 1秒 = 2。

• 如果當前音量發生變化，也就是振幅發生改變，得到的y值為3px，這個時候y值，3px >
  我們計算的2px，這個時候就要用我們的2px。也就保證了最大速度不能超過我們規定的速度。
• 如果當前音量發生變化，也就是振幅發生改變，得到的y值為1.5px，這個時候y值，1.5px <
  我們計算的2px，這個時候就要用我們的1.5px。根據實際位置進行設定。

下降同理，這樣我們就能保證上升或者下降的最大速度。

    // 計算當前時間下的振幅
    private float currentVolumeAmplitude(long curTime) {
        if (lastAmplitude == nextTargetAmplitude) {
            return nextTargetAmplitude;
        }

        if (curTime == amplitudeSetTime) {
            return lastAmplitude;
        }

        if (nextTargetAmplitude > lastAmplitude) {
            float target = lastAmplitude + mVerticalSpeed
                    * (curTime - amplitudeSetTime) / 1000;
            if (target >= nextTargetAmplitude) {
                target = nextTargetAmplitude;
                lastAmplitude = nextTargetAmplitude;
                amplitudeSetTime = curTime;
                nextTargetAmplitude = mMinAmplitude;
            }
            return target;
        }

        if (nextTargetAmplitude < lastAmplitude) {
            float target = lastAmplitude - mVerticalRestoreSpeed
                    * (curTime - amplitudeSetTime) / 1000;
            if (target <= nextTargetAmplitude) {
                target = nextTargetAmplitude;
                lastAmplitude = nextTargetAmplitude;
                amplitudeSetTime = curTime;
                nextTargetAmplitude = mMinAmplitude;
            }
            return target;
        }

        return mMinAmplitude;
    }

圖形優化

因為中間的間隙過小，我們要把中間的間歇變大，類似于下圖。這樣效果可能會更好一點。

優化后的波形圖

實施方案，將正弦函數上移，下面的正弦函數下移動，這樣中間留有固定寬度的，通過縮放函數之后，效果如下：

優化后的音量波形圖

實驗過程中存在的問題以及解決方案：

中間線條的問題

橫線的原因，是因為縮放造成了這 兩個波形之間的點 x對應的值，y不等于0，會閉合不到中間的點。造成這個的現象是因為我們只是針對半個正弦曲線就進行填充了

有瑕疵的波形圖

所以我們要將正反兩個曲線畫出來之后，把路徑閉合之后再進行填充。這樣就不會出現上面中間有橫線的瑕疵

修復后的波形圖

閃動問題

參考上文解決方案

源代碼地址：https://github.com/duchao/VolumeView

可以直接使用的view

VolumeView.java
API: start() 開始
stop() 結束
setVolume(float volume) 設置音量