前言

Android 系统中，不管任何一种View，其测量、滑动、绘制、布局都是按照父View左上角原点进行的，这种就是Android 默认的2D坐标体系，除此之外，Android还支持基于open gl es的3D坐标体系以及Camera 3D坐标体系。

关于坐标

实际上，Android系统中，如果设计Camera和open gl，我们可能会遇到总共4种坐标系统，因此，使用的时候需要提前了解。

2.1 Canvas 2D坐标系

正常情况下，Canvas 2D坐标系就是一张普通的画板，当然，其本身和软件绘制与硬件绘制也有关系，软件绘制时，Canvas的大小可能会大于View本身，因为Canvas时共享的，而硬件绘制是每个View拥有单独的RenderNode，从而避免了硬件绘制性能问题，以及Canvas 过大的问题。

左上角为(0,0)点
三角函数计算时顺时旋转
y轴向下为正，x向左为正
向量表示(x,y)
坐标轴取值范围任意

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2.2 Shader 坐标

Shader 坐标是最容被遗忘的，因为其本身作为画笔的一部份，不属于Canvas 直接调用，但其实Shader也是有坐标和范围大小，而且还能通过Canvas Matrix后者setLocalMatrix进行变幻。

Shader可以理解为印染工具，不会因为图形的绘制位置的偏移而偏移（排除Canvas 矩阵变换）。

2.3 Camera 3D坐标系

左上角为(0,0)点
属于3D坐标系统，但z轴向屏幕内方向
三角函数计算时逆时针旋转
y轴向上为正，x向左为正，z轴向内为正
向量表示(x,y,z)
坐标轴取值范围任意

2.4 open gl 顶点坐标系（世界坐标系）

View中心点为原点
属于3D坐标系，但存在两种坐标系统，左手坐标系和右手坐标系，左手坐标系看似和Camera坐标系
三角函数计算按逆时针旋转
y轴向上为正，x向左为正，z轴取决于使用哪种坐标系统，一般的都是使用右手坐标系统。
默认正对（0，0，0,1）点，其中第四个分量为w，此分量表示顶点到Camera的缩放比例，注意不表示Camera的位置
向量表示(x,y,z,w)，其中w分量会用来做点的缩放, (x/w,y/w,z/w)，从而实现距离的调整
坐标轴取值范围-1.0到1.0

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2.5 open gl 纹理坐标系

纹理本身就是材质的一部份，所谓纹理可以理解为对材质的坐标表示形式，通俗一点的讲，这种坐标系每张图片自身坐标系。

左下角为(0,0)点
三角函数计算时逆时旋转
y轴向上为正，x向右为正
向量表示(x,y) 或(S,T)
坐标轴取值范围-1.0到1.0

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关于矩阵

在Android系统中，矩阵实际上也分为2种android.graphics.Matrix 和android.opengl.Matrix ，前者为2D坐标系和Camera 3D坐标系所使用，当然有些图片处理也使用前者。

android.graphics.Matrix 和android.opengl.Matrix 相比，主要有以下特点：

3.1 graphics专门用来处理Android自身的坐标转换，当然，在开发过程中,通常调用matrix#preTranslate来对齐Camera和View的旋转点，而后者需要利用Matrix#multipleMM 修改投影矩阵，最终在Shader中修改位置向量。

3.2 graphics默认是三阶矩阵，向量为(x,y,z)，而open gl是4阶矩阵，向量为(x,y,z,w)

3.3 矩阵表示形式存在差异,graphic控制点相对固定，而open gl 复杂一些。

3.4 数组表示差异 graphic的数组表示形式以行为准，open gl 以列为准，

数组


1	2	3
4	5	6
7	8	9

转为运算矩阵如下：


1	2	3
4	5	6
7	8	9

基本上顺序和数组一致

open gl的是是取转置矩阵，当然运算的时候不影响数组


1	2	3	4
5	6	7	8
9	10	11	12
13	14	15	16

转为运算矩阵


1	5	9	13
2	6	10	14
3	7	11	15
4	8	12	16

因此，构建不同模式的矩阵时，要注意构建矩阵时的顺序问题。

Graphic 矩阵变化

Graphic矩阵一般在使用Canvas时才会使用，可以通过translate、rotate等方法进行坐标转换，但是这里要注意的是，一个错误的理解是“坐标系转换”，实际上是坐标的Matrix投影的转换。

Matrix有很多方法，基本都是矩阵运算，但仍然存在几个方法 Matrix#setPolyToPoly、Matrix#invert、Matrix#mapXXX、Matrix#setValues

Matrix#setPolyToPoly 可以利用结果坐标和原始坐之间对应关系，生成结果投影矩阵
Matrix#invert 计算逆矩阵，输出逆矩阵
Matrix#mapXXX 通过现有矩阵计算出结果坐标，显然这类方法方便我们开发时观测数据变化
Matrix#setValues 主要用于手动生成矩阵，注意，这里必须是3x3的矩阵

open gl 矩阵变化

open gl使用的4x4的矩阵，相对来说易用性和理解上比较差一些，但好处是在Android中该Matrix类矩阵都是java实现的，反而更容易观察运算过程。当然其中也有一些比较重要的矩阵。

Matrix#setXXXM 在open gl矩阵类中，一般setXXXM的不是去修改矩阵，而是定义矩阵。例如setIdentityM定义单位矩阵，setLookAtM定义摄像机（眼睛）位置的矩阵，setRotateEulerM 定义初始旋转矩阵。
在open gl中，矩阵初始转换都是代码完成，最后在顶点着色器中右乘4维向量，这样做有很多原因，比如gpu运算快。
open gl直线问题，我们知道open gl只能画（点、线、三角），但是“线”比较特殊，缺少一些中间过程（这里所谓的中间过程是起点->终点绘制时，点合三角会存在众多中间位置，gl_Position.x 也是动态变化的），但是线是不一样的，缺少这个过程，导致无法像点、圆、三角形那样实现过渡效果。

precision mediump float; 
uniform vec4 u_Color;
varying float x;

void main()
{
  if(x > 0.25){
     gl_FragColor = u_Color;
   }else if(x >= 0.0){
     gl_FragColor = vec4(0.0,1.0,0.0,1.0);
   } else if(x > -0.25){
      gl_FragColor = u_Color;
   }else if(x >= -0.6){
       gl_FragColor = vec4(0.5,0.5,0.0,0.5);
   }else {
     gl_FragColor = u_Color;
   }
}

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从图上我们看到，除了正方形和点，线一直是红色，因此线条绘制相对特殊。

open gl es 归一化

open gl es 和 canvas 等坐标体系、矩阵体系是不同的，特别是open gl的顶点坐标范围(-1,1)，因此open gl的绘制往往需要归一化处理，就是最大范围不超过1，最小不能超过-1，准确的表示是-1到1之间，这也是使用open gl时必须要注意的。

那么如何归一化呢，其实很简单

总结

以上就是完整的Android 系统坐标体系介绍，在我们实现特殊效果，免不了使用这些坐标系以及矩阵，因此，本篇对于学习自定义View，是一篇入门文章，但是也是必须了解的Android 绘制规则。

另外，上一篇文章我们了解了《 Egl Context 与 open gl 纹理关系》，也是一篇非常重要的基础内容，很多学习open gl 图像处理的同学，经常会很疑惑纹理为什么没有关联Egl Context，却能实现离屏渲染，原因就是通过线程进行了映射，底层将两者进行了关联。

本篇就到这里

附录

Android--利用camera打造3D效果
 open gl 坐标系统
 android matrix 最全方法详解与进阶

Android系统中的坐标与矩阵体系

前言