【WPF学习】第六十八章 自定义绘图元素
上一章分析了WPF元素的内部工作元素——允许每个元素插入到WPF布局系统的MeasureOverride()和ArrangeOverride()方法中。本章将进一步深入分析和研究元素如何渲染自身。
大多数WPF元素通过组合方式创建可视化外观。换句话说，典型的元素通过其他更基础的元素进行构建。例如，使用标记定义用户控件的组合元素，处理标记的方式与自定义窗口中的XAML相同。使用控件模板为自定义控件定义可视化树。并且当创建自定义面板时，根本不必定义任何可视化细节。组合元素由克难攻坚使用者提供，并添加到Children集合。
当然，知道现在才能使用组合。最终，一些类需要负责绘制内容。在WPF中，这些类位于元素树的底层。在典型窗口中，是通过单独的文本、形状以及位图执行渲染的，而不是通过高级元素。
一、OnRender()方法
为了执行自定义渲染，元素必须重写OnRender()方法，该方法继承自UIElement基类。OnRender()方法未必不需要替换组合——一些控件使用OnRender()方法绘制可视化细节并使用组合在其上叠加其他元素。Border和Panel类是两个例子，Border类在OnRender()方法中绘制边框，Panel类在OnRender()方法中绘制背景。Border和Panel类都支持子内容，并且这些子内容在自定义的绘图细节之上进行渲染。
OnRender()方法接受一个DrawingContext对象，该对象为绘制内容提供了了一套很有用的方法。在OnRender()方法中执行绘图的主要区别是不能显示地创建和关闭DrawingContext对象。这是因为几个不同的OnRender()方法可能使用相同的DrawingContext对象。例如，派生的元素可以执行一些自定义绘图操作并调用基类中的OnRender()方法来绘制其他内容。这种方法是可行的，因为当开始这一过程时，WPF会自动创建DrawingContext对象，并且当不再需要时关闭对象。
关于WPF渲染，最令人惊奇的细节是实际上只需要使用很少的类。大多数类是通过其他更简单的类构建的，并且对于典型的控件，为了找到实际重写OnRender()方法的类，需要进入到控件元素树中非常深的层次。下面是一些重写OnRender()方法的类：
- TextBlock类。无论在何处放置文本，都有TextBlock对象使用OnRender()方法绘制文本。
- Image类。Image类重写OnRender()方法，使用DrawingContext.DrawImage()方法绘制图形内容。
- MediaElement类。如果正在使用该类播放视频文件，该类会重写OnRender()方法以绘制视频帧。
- 各种形状类。Shape基类重写了OnRender()方法，通过使用DrawingContext.DrawGeometry()方法，绘制在其内部存储的Geometry对象。根据Shape类的特定派生类，Geometry对象可以表示椭圆、矩形或更复杂的由直线和曲线构成的路径。许多元素使用形状绘制小的可视化细节。
- 各种修饰类。这些类(如ButtonChrome和ListBoxChrome)绘制通用控件的外侧外观，并在具体制定的内部放置内容。其他许多继承自Decorator的类，如Border类，都重写了OnRender()方法。
- 各种面板类。尽管面板的内容是由其子元素提供的，但是OnRender()方法绘制具有背景色(假设设置了Background属性)的矩形。
通常，OnRender()方法的实现看起来很简单。例如，下面是继承自Shape类的所有渲染代码：
protected override void OnRender(DrawingContext drawingContext) { this.EnsureRenderedGeometry(); if(this._renderedGeometry!=Geometry.Empty) { drawingContext.DrawingGeometry(this.Fill,this.GetPen(),this._renderedGeometry); } }
请记住，重写OnRender()方法不是渲染内容并且将其添加到用户界面的唯一方法。也可以创建DrawingVisual对象，并是哟AddVisualChild()方法为UIElement对象添加该可视化对象。然后可以调用DrawingVisual.RenderOpen()方法为DrawingVisual对象检索DrawingContext对象，并使用返回的DrawingContext对象渲染DrawingVisual对象的内容。
在WPF中，一些元素使用这种策略在其他元素内容之上显示一些图形细节。例如，在拖放指示器、错误指示器以及焦点框中可以看到这种情况。在所有这些情况中，DrawingVisual类允许元素在其他内容之上绘制内容，而不是在其他内容之下绘制内容。但对于大部分情况，是在专门的OnRender()方法中进行渲染。
二、评估自定义绘图
当创建自定义元素时，可能会选择重写OnRender()方法来绘制自定义内容。可在包含内容的元素(最常见的情况是继承自Decorator的类)中重写OnRender()方法，从而可以在内容周围添加图形装饰。也可以在没有任何嵌套内容的元素中重写OnRender()方法，从而可以绘制元素的整个可视化外观。例如，可以创建绘制一些小的图形细节的自定义元素，然后可以通过组合，在其他类中使用自定义元素。WPF中的这方面示例是TickBar元素，该元素为Slider控件绘制刻度标记。TickBar元素通过Slider控件的默认控件模板(该模板还包括一个Border和一个Track元素，Track元素又包含了两个RepeatButton控件和一个Thumb元素)嵌入到Slider控件的可视化树中。
一个明显的问题是需要确定何时使用较低级的OnRender()方法，以及何时使用其他类(l例如，继承自Shape类的元素)的组合来绘制所需的内容。为了做出决定，需要评估所需图形的复杂程度以及希望提供的交互能力。
例如，分析一下ButtonChrome类。在ButtonChrome类的WPF实现中，自定义的渲染代码考虑了各种属性，包括RenderDefaulted、RenderMouseOver以及RenderPressed。Button类的默认控件模板在适当的时机使用触发器设置这些属性。例如，当将鼠标移动到按钮上时，Button类使用触发器将ButtonChrome.RenderMouseOver属性设置为true。
无论何时改变RenderDefaulted、RenderMouseOver或RenderPressed属性，ButtonChrome类都会调用基本的InvalidateVisual()方法来指示当前外观不在有效。WPF然后调用ButtonChrome.OnRender()方法来获取新的图形表示。
如果ButtonChrome类使用组合，这种行为就更难实现。使用合适的元素为ButtonChrome类创建标准外观很容易，但是当按钮的状态发生变化是，需要做更多的工作来修改外观。需要动态改变构成ButtonChrome类的嵌套元素，如果外观变化很大的话，就必须隐藏一个元素并在合适的位置显示另一个元素。
大多数自定义元素不需要自定义渲染。但是当属性发生变化或执行特定操作是，需要渲染复杂的变化很大的可视化外观，此时使用自定义的渲染方法可能更加简单并且更便捷。
三、自定义绘图元素
通过前面对OnRender()方法的介绍，理解其工作原理。下面使用OnRender()方法创建自定义控件。
下面创建了一个名为CustomDrawnElement的元素，演示了一种简单的效果。该元素使用RadialGradientBrush画刷绘制阴影背景，技巧是动态设置强调显示的渐变起点，使用其跟随鼠标。从而当用户在控件上移动鼠标时，白色的发光中心点跟随鼠标移动。
CustomDrawnElement元素不需要包含任何子内容，所以它直接继承自FrameworkElement类。该元素只提供了一个可以设置的属性——渐变的背景色。
public class CustomDrawnElement:FrameworkElement { public static DependencyProperty BackgroundColorProperty; static CustomDrawnElement() { FrameworkPropertyMetadata metadata = new FrameworkPropertyMetadata(Colors.Yellow); metadata.AffectsRender = true; BackgroundColorProperty = DependencyProperty.Register("BackgroundColor", typeof(Color), typeof(CustomDrawnElement), metadata); } public Color BackgroundColor { get { return (Color)GetValue(BackgroundColorProperty); } set { SetValue(BackgroundColorProperty, value); } } ... }
BackgroundColor依赖性属性使用FrameworkPropertyMetadata.AffectRender标志明确进行了标识。因此，无论何时改变了背景色，WPF都自动调用OnRender()方法。然而，当鼠标移动到新的位置时，也需要确保调用OnRender()方法。这是通过在合适的时间调用InvalidateVisual()方法实现的。
. . . protected override void OnMouseMove(MouseEventArgs e) { base.OnMouseMove(e); this.InvalidateVisual(); } protected override void OnMouseLeave(MouseEventArgs e) { base.OnMouseLeave(e); this.InvalidateVisual(); } . . .
剩下的唯一细节是渲染代码。渲染代码使用DrawingContext.DrawRectangle()方法绘制元素的背景。ActualWidth和ActualHeight属性只是控件最终的渲染尺寸。
. . . protected override void OnRender(DrawingContext dc) { base.OnRender(dc); Rect bounds = new Rect(0, 0, base.ActualWidth, base.ActualHeight); dc.DrawRectangle(GetForegroundBrush(), null, bounds); } . . .
最后，名为GetForegroundBrush()的私有辅助方法根据鼠标的当前位置构造正确的RadialGradientBrush画刷。为了计算中心点，需要将鼠标在元素上悬停的当前位置转换成从0到1的相对位置，这正是RadialGradientBrush画刷期望的结果。
. . . private Brush GetForegroundBrush() { if (!IsMouseOver) { return new SolidColorBrush(BackgroundColor); } else { RadialGradientBrush brush = new RadialGradientBrush(Colors.White, BackgroundColor); Point absoluteGradientOrigin = Mouse.GetPosition(this); Point relativeGradientOrigin = new Point( absoluteGradientOrigin.X / base.ActualWidth, absoluteGradientOrigin.Y / base.ActualHeight); brush.GradientOrigin = relativeGradientOrigin; brush.Center = relativeGradientOrigin; brush.Freeze(); return brush; } } . . .
四、创建自定义装饰元素
作为一条通用规则，切勿在控件中使用自定义绘图。如果在控件中使用自定义绘图，就违反了WPF无外观空间的承诺。问题是一旦硬编码一些绘图逻辑，就会使控件可视化外观的一部分不能通过控件模板进行定制。更好的方法是设计单独的绘制自定义内容的元素(如上面示例中的CustomDrawnElement类)，然后在控件的默认模板内部使用自定义元素。
有必要快速分析一下如何修改上面示例，使其能够成为控件模板的一部分。在控件模板中，自定义绘图元素通常扮演两个角色：
- 它们绘制一些小的图形细节(例如滚动按钮上的箭头)。
- 它们在另一个元素的周围提供更详细的背景或边框。
第二种方法需要自定义装饰元素，可以通过两个轻微的改动将CustomDrawnElement类转换成自定义绘图元素。首先，使该类继承自Decorator类：
public class CustomDrawnDecorator:Decorator
然后重写OnMeasure()方法，指定需要的尺寸，所有装饰元素都会考虑它们的子元素，增加装饰所需要的额外空间，然后返回组合之后的尺寸。CustomDrawnDecorator类不需要任何额外的空间来绘制边框，相反，使用下面的代码简单地使其自定和其内容具有相同的尺寸：
protected override Size MeasureOverride(Size constraint) { UIElement child = this.Child; if (child != null) { child.Measure(constraint); return child.DesiredSize; } else { return new Size(); } }
一旦创建自定义装饰元素，就可以在自定义控件模板中使用它们。例如，下面的按钮模板在按钮内容的后面放置了跟随鼠标踪迹的渐变背景。使用模板绑定确保使用对齐属性和内边距属性。
<ControlTemplate x:Key="ButtonWithCustomChrome"> <lib:CustomDrawnDecorator BackgroundColor="LightGreen"> <ContentPresenter Margin="{TemplateBinding Padding}" HorizontalAlignment="{TemplateBinding HorizontalContentAlignment}" VerticalAlignment="{TemplateBinding VerticalContentAlignment}" ContentTemplate="{TemplateBinding ContentControl.ContentTemplate}" Content="{TemplateBinding ContentControl.Content}" RecognizesAccessKey="True" /> </lib:CustomDrawnDecorator> </ControlTemplate>
现在可以使用这个模板重新样式化按钮，使其具有新的外观。当然，为了使自定义装饰元素更加实用，当单击鼠标按钮时可能更希望改变它的外观。使用修改装饰类属性的触发器可以完成该工作。
本章示例源码：CustomDrawnElement.zip
