Flutter使用Canvas实现精美表盘效果

loongwind
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前言

上个月参加掘金创作者训练营时，发现训练营中的一位兄弟通过 css3 实现了一个精美的表盘，用css3制作一个精美的表盘，建议初学者观看，效果看着确实不错很漂亮，跟 UI 做的设计图差不多了， 当时就在想能不能在 Flutter 中实现一个同样的效果，于是趁着周末空闲时间使用 Flutter 的 Canvas 使用了一个同样的效果。

最终实现的效果还不错，如下：

dial.gif

实现

前面说到使用 Canvas 实现该表盘效果，而在 Flutter 中使用 Canvas 更多的则是继承 CustomPainter 类实现 paint 方法，然后在 CustomPaint 中使用自定义实现的 CustomPainter。 比如这里创建的 DialPainter 使用如下:

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    double width = MediaQuery.of(context).size.width;
    return Container(
      color: const Color.fromARGB(255, 35, 36, 38), /// 设置背景
      child: Center(
        child: CustomPaint( 
          size: Size(width, width),
          painter: DialPainter(),
        ),
      ),
    );
  }

class DialPainter extends CustomPainter{
  @override
  void paint(Canvas canvas, Size size) {
  }

  @override
  bool shouldRepaint(covariant CustomPainter oldDelegate) {
    return true;
  }
}

之后所有绘制的核心代码都在 DialPainter 中的 paint 中实现的，其中 shouldRepaint 是指父控件重新渲染时是否重新绘制，这里设置为 true 表示每次都重新绘制。

接下来就看具体实现代码，我们将整个表盘效果的实现分为三部分：面板、刻度、指针。涉及到的主要知识点包括：Paint、Canvas、Path、TextPainter 等。

初始化

在开始进行绘制之前，先进行画笔和长度单位的初始化。

在整个效果的实现上会多次使用到画笔 Paint ，为了避免创建多个画笔实例，所以创建一个 Paint 成员变量，后续通过修改其属性值来满足不同效果的绘制。

  late final Paint _paint = _initPaint();

  Paint _initPaint() {
    return Paint()
      ..isAntiAlias = true
      ..color = Colors.white;
  }

通过初始化代码设置了画笔的抗锯齿和默认颜色。

为了方便后续使用长、宽、半径等长度，创建对应的成员变量，同时为了适配不同表盘宽高，保证展示效果一致，在绘制时不直接使用数值，而使用比例长度：

/// 画布宽度
late double width;
/// 画布高度
late double height;
/// 表盘半径
late double radius;
/// 比例单位长度
late double unit ;

@override
void paint(Canvas canvas, Size size) {
  initSize(size);
}

void initSize(Size size) {
  width = size.width;
  height = size.height;
  radius = min(width, height) / 2;
  unit = radius / 15;
}

半径取宽度和高度的最小值，然后除以 2 ，单位长度 unit 取值为半径除以 15。

关于 Flutter 屏幕适配请参考：Flutter应用框架搭建(二)屏幕适配

面板

首先绘制一个线性渐变的圆：

/// 绘制一个线性渐变的圆
var gradient = ui.Gradient.linear(
  Offset(width/2, height/2 - radius,),
  Offset(width/2, height/2 + radius),
  [const Color(0xFFF9F9F9), const Color(0xFF666666)]);

_paint.shader = gradient;
_paint.color = Colors.white;
canvas.drawCircle(Offset(width/2, height/2), radius, _paint);

通过 Gradient.linear 创建一个线性渐变颜色并设置给 Paint.shader，绘制出来效果如下：

dial01.png

然后在其上添加一层径向渐变，增加表盘的立体感：

/// 绘制一层径向渐变的圆
var radialGradient = ui.Gradient.radial(Offset(width/2, height/2), radius, [
  const Color.fromARGB(216, 246, 248, 249),
  const Color.fromARGB(216, 229, 235, 238),
  const Color.fromARGB(216,205, 212, 217),
  const Color.fromARGB(216,245, 247, 249),
], [0, 0.92, 0.93, 1.0]);

_paint.shader = radialGradient;
canvas.drawCircle(Offset(width/2, height/2), radius -  0.3 * unit, _paint);

使用 Gradient.radial 创建一个径向渐变的颜色，效果如下：

dial02.png

最后再在表盘内添加一个边框和阴影增加对比效果：

/// 绘制 border
var shadowRadius = radius -  0.8 * unit;
_paint
  ..color = const Color.fromARGB(33, 0, 0, 0)
  ..shader = null
  ..style = PaintingStyle.stroke
  ..strokeWidth = 0.1 * unit;
canvas.drawCircle(Offset(width/2, height/2), shadowRadius - 0.2 * unit, _paint);

///绘制阴影
Path path = Path();
path.moveTo(width/2, height/2);
var rect = Rect.fromLTRB(width/2 - shadowRadius, height/2 - shadowRadius, width/2+shadowRadius, height /2 +shadowRadius);
path.addOval(rect);
canvas.drawShadow(path, const Color.fromARGB(51, 0, 0, 0), 1 * unit, true);

最后表盘效果如下：

dial03.png

刻度

面板绘制完成，接下来就是绘制刻度线以及刻度值。

刻度线

代码如下：

double dialCanvasRadius = radius -  0.8 * unit;
canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);

var y = 0.0;
var x1 = 0.0;
var x2 = 0.0;

_paint.shader = null;
_paint.color = const Color(0xFF929394);
for( int i = 0; i < 60; i++){
  x1 =  dialCanvasRadius - (i % 5 == 0 ? 0.85 * unit : 1 * unit);
  x2 = dialCanvasRadius - (i % 5 == 0 ? 2 * unit : 1.67 * unit);
  _paint.strokeWidth = i % 5 == 0 ? 0.38 * unit : 0.2 * unit;
  canvas.drawLine(Offset(x1, y), Offset(x2, y), _paint);
  canvas.rotate(2*pi/60);
}
canvas.restore();

表盘上有 60 个刻度，其中 12 个为小时刻度其余为分钟刻度，循环 60 次，通过 i % 5 == 0 判断是否为小时刻度，从而使用不同的 x 和 y 坐标，实现不同的长度和宽度。

这里为了避免去计算圆上的点坐标，采用的是旋转画布来实现。画布默认旋转点位左上角，所以需要通过 canvas.translate(width/2, height/2) 将旋转点移动到表盘的中心点，然后每绘制完一个刻度画布旋转 2*pi/60 的角度，即 6 度。因为画布进行了平移所以绘制的坐标都是基于圆中心，即相当于圆点移动到了圆中心。

dial03.gif

最终实现刻度效果如图：

dial05.png

刻度值

绘制完刻度后需要给刻度标值，这里只显示 3、6、9、12 四个刻度值，代码如下：

double dialCanvasRadius = radius -  0.8 * unit;
var textPainter = TextPainter(
  text: const TextSpan(
    text:
    "3",
    style: TextStyle(color: Colors.black, fontSize: 20, fontWeight: FontWeight.bold, height: 1.0)),
  textDirection: TextDirection.rtl,
  textWidthBasis: TextWidthBasis.longestLine,
  maxLines: 1,
)..layout();

var offset = 2.25 * unit;
var points = [
  Offset(width / 2 + dialCanvasRadius - offset - textPainter.width , height / 2 - textPainter.height / 2),
  Offset(width / 2 - textPainter.width /2, height / 2 + dialCanvasRadius - offset - textPainter.height),
  Offset(width / 2 - dialCanvasRadius + offset, height / 2 - textPainter.height / 2),
  Offset(width / 2 - textPainter.width, height / 2 - dialCanvasRadius + offset),
];
for(int i = 0; i< 4; i++){

  textPainter = TextPainter(
    text: TextSpan(
      text:
      "${(i + 1) * 3}",
      style: const TextStyle(color: Colors.black, fontSize: 20, fontWeight: FontWeight.bold, height: 1.0)),
    textDirection: TextDirection.rtl,
    textWidthBasis: TextWidthBasis.longestLine,
    maxLines: 1,
  )..layout();

  textPainter.paint(canvas, points[i]);
}

绘制文字使用的是 TextPainter 对象，首先创建一个 TextPainter 对象，用于测量获取文字的宽高，因为这里只显示 4 个刻度值，所以这里直接将对应需要绘制的坐标计算出来，然后循环绘制显示的刻度值在对应的位置即可。实现后效果如下：

dial06.png

指针

接下来就是指针的绘制，指针分为三部分：时针、分针、秒针。在绘制指针之前还需要绘制中心点：

var radialGradient =
  ui.Gradient.radial(Offset(width / 2, height / 2), radius, [
    const Color.fromARGB(255, 200, 200, 200),
    const Color.fromARGB(255, 190, 190, 190),
    const Color.fromARGB(255, 130, 130, 130),
  ], [0, 0.9, 1.0]);

/// 底部背景
_paint
  ..shader = radialGradient
  ..style = PaintingStyle.fill;
canvas.drawCircle(
  Offset(width/2, height/2), 2 * unit, _paint);


/// 顶部圆点
_paint
  ..shader = null
  ..style = PaintingStyle.fill
  ..color = const Color(0xFF121314);
canvas.drawCircle(Offset(width/2, height/2), 0.8 * unit, _paint);

代码很简单，在中心绘制两个圆，一个底部的径向渐变的大圆，一个顶部深色的小圆，如图：

dial07.png

时针

时针分为三部分，连接中心的矩形、连接矩形的半圆弧、最后的箭头，如图：

dial01.gif

代码实现如下：

double hourHalfHeight = 0.4 * unit;
double hourRectRight =   7 * unit;

Path hourPath = Path();
/// 添加矩形 时针主体
hourPath.moveTo(0 - hourHalfHeight, 0 - hourHalfHeight);
hourPath.lineTo(hourRectRight, 0 - hourHalfHeight);
hourPath.lineTo(hourRectRight, 0 + hourHalfHeight);
hourPath.lineTo(0 - hourHalfHeight, 0 + hourHalfHeight);

/// 时针箭头尾部弧形
double offsetTop = 0.5 * unit;
double arcWidth = 1.5 * unit;
double arrowWidth = 2.17 * unit;
double offset = 0.42 * unit;
var rect = Rect.fromLTWH(hourRectRight - offset, 0 - hourHalfHeight - offsetTop, arcWidth, hourHalfHeight * 2 + offsetTop * 2);
hourPath.addArc(rect, pi/2, pi);
/// 时针箭头
hourPath.moveTo(hourRectRight - offset + arcWidth/2, 0 - hourHalfHeight - offsetTop);
hourPath.lineTo(hourRectRight - offset + arcWidth/2 + arrowWidth, 0);
hourPath.lineTo(hourRectRight - offset + arcWidth/2, 0 + hourHalfHeight + offsetTop);
hourPath.close();

canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);
///绘制
_paint.color = const Color(0xFF232425);
canvas.drawPath(hourPath, _paint);
canvas.restore();

这里是通过 Path 先添加一个矩形到路径，然后添加一个圆弧，圆弧向左偏移一定单位，防止对接效果不好，再添加一个三角形也就是箭头图形。这里所有的坐标计算都是基于圆点在圆盘的中心点计算的，所以需要平移画布，将圆点移动到圆盘的中心点，即 canvas.translate(width/2, height/2) 跟绘制表盘刻度的思路是一样的，最后再通过 canvas.drawPath 进行绘制。效果如下：

dial09.png

分针

分针的绘制相对比较简单，因为分针就一个圆角矩形，使用画布的 drawRRect 方法即可：

double hourHalfHeight = 0.4 * unit;
double minutesLeft = -1.33 * unit;
double minutesTop = -hourHalfHeight;
double minutesRight = 11* unit;
double minutesBottom = hourHalfHeight;

canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);

/// 绘制分针
var rRect = RRect.fromLTRBR(minutesLeft, minutesTop, minutesRight, minutesBottom, Radius.circular(0.42 * unit));
_paint.color = const Color(0xFF343536);
canvas.drawRRect(rRect, _paint);

canvas.restore();

实现思路同样是将画布移动到圆点，然后计算坐标进行绘制，这里需要注意的是分针尾部是超过了中心大圆点的，所以这里 left 需要向左偏移一定单位：

dial10.png

这里为了看到分针的效果，将时针隐藏掉了

秒针

秒针分为四部分：尾部弧形、尾部圆角矩形、细针、中心圆点：

dial02.gif

实现代码：

double hourHalfHeight = 0.4 * unit;
double secondsLeft = -4.5 * unit;
double secondsTop = -hourHalfHeight;
double secondsRight = 12.5 * unit;
double secondsBottom = hourHalfHeight;

Path secondsPath = Path();
secondsPath.moveTo(secondsLeft, secondsTop);

/// 尾部弧形
var rect = Rect.fromLTWH(secondsLeft, secondsTop, 2.5 * unit, hourHalfHeight * 2);
secondsPath.addArc(rect, pi/2, pi);

/// 尾部圆角矩形
var rRect = RRect.fromLTRBR(secondsLeft + 1 * unit, secondsTop, - 2 * unit, secondsBottom, Radius.circular(0.25 * unit));
secondsPath.addRRect(rRect);

/// 指针
secondsPath.moveTo(- 2 * unit, - 0.125 * unit);
secondsPath.lineTo(secondsRight, 0);
secondsPath.lineTo(-2 * unit, 0.125 * unit);

/// 中心圆
var ovalRect = Rect.fromLTWH(- 0.67 * unit, - 0.67 * unit, 1.33 * unit, 1.33 * unit);
secondsPath.addOval(ovalRect);

canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);

/// 绘制阴影
canvas.drawShadow(secondsPath, const Color(0xFFcc0000), 0.17 * unit, true);

/// 绘制秒针
_paint.color = const Color(0xFFcc0000);
canvas.drawPath(secondsPath, _paint);

canvas.restore();

思路跟时针的实现是一样的，通过 Path 将圆弧、圆角矩形、三角形、中心圆形组合起来，计算坐标同样的是以圆盘中心为圆点，所有同样需要使用 translate 移动画布圆点后绘制。实现效果：

dial12.png

同样的为了更好的看到秒针的效果，将时针、分针隐藏了

动起来

经过上面的绘制，我们将表盘的所有元素都绘制出来了，但是最重要的没有动起来，动起来的关键就是要让时针、分针、秒针偏移一定的角度，既然是偏移角度自然就想到了旋转画布来实现，类似于绘制刻度一样。

分别在时针、分针、秒针的绘制之前对画布进行一定角度的旋转：

/// 时针
canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);
canvas.rotate(2*pi/4);
_paint.color = const Color(0xFF232425);
canvas.drawPath(hourPath, _paint);
canvas.restore();

///分针
canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);
canvas.rotate(2*pi/4*2);
var rRect = RRect.fromLTRBR(minutesLeft, minutesTop, minutesRight, minutesBottom, Radius.circular(0.42 * unit));
_paint.color = const Color(0xFF343536);
canvas.drawRRect(rRect, _paint);
canvas.restore();

///秒针
canvas.save();
canvas.translate(width/2, height/2);
canvas.rotate(2*pi/4*3);
canvas.drawShadow(secondsPath, const Color(0xFFcc0000), 0.17 * unit, true);
_paint.color = const Color(0xFFcc0000);
canvas.drawPath(secondsPath, _paint);
canvas.restore();

分别在时针、分针、秒针的绘制前对画布旋转 90°、180°、270° ，效果如下：

dial13.png

通过画布旋转实现了我们想要的效果，接下来就是让指针根据时间旋转相应的角度。可以通过 DateTime.now() 获取当前时间对象，进而获取当前的小时、分钟和秒。然后根据对应的值计算出相应的角度：

 var date = DateTime.now();

/// 时针
canvas.rotate(2*pi/60*((date.hour - 3 + date.minute / 60 + date.second/60/60) * 5 ));

/// 分针
canvas.rotate(2*pi/60 * (date.minute - 15 + date.second / 60));

/// 秒针
canvas.rotate(2*pi/60 * (date.second - 15));

首先将 360 度分为 60 份，时针一小时为 5 份，因为角度的起始是在右侧中心点，所以获取的小时需要减 3，再加上分钟、秒钟占小时的比例；同理分别计算分钟、秒钟的角度，最终实现时针、分针、秒针根据当前时间展示。

角度计算对了以后，还需要刷新整个表盘，即每秒钟刷新一次，刷新时获取当前时间重新绘制时针、分针、秒针的位置，实现动态效果，这里使用 Timer 每一秒钟调用父布局的 setState 实现。

  @override
  void initState() {
    super.initState();

    Timer.periodic(const Duration(seconds: 1), (timer) {
      setState(() {});
    });
  }

大功告成，最终实现了开始展示的表盘动态效果。 dial.gif

源码地址：flutter_dial
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