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基于Android实现写字板功能的代码详解

2025-04-29 10:28:52 作者：Katie。

在很多应用场景中,我们需要让用户进行自由绘画或手写输入,比如电子合同、快递签收需要签字确认,地图/图片标记、文档批注等,所以本文给大家介绍了如何基于Android实现一个高度可定制的写字板,需要的朋友可以参考下

一、项目介绍

1. 背景与应用场景

在很多应用场景中，我们需要让用户进行自由绘画或手写输入，如：

签字确认：电子合同、快递签收
绘图涂鸦：社交 App 分享手绘内容
涂抹擦除：儿童教育绘画
标注批注：地图/图片标记、文档批注

本项目将实现一个高度可定制的写字板，满足：

自由绘制：支持多笔触、多颜色、多粗细
撤销重做：可撤销/重做操作
清屏保存：一键清空、一键保存为图片
手势优化：平滑曲线、压感模拟（粗细模拟）
UI 可定制：颜色面板、笔宽控制、清空/撤销/保存按钮
组件化：封装 DrawingBoardView，易于在任意布局中使用

2. 功能列表

绘制路径：用户触摸屏幕实时绘制连续曲线
多颜色切换：提供调色板，支持任意颜色
可调笔宽：支持至少 3 种笔触粗细
撤销/重做：可对每一条路径进行撤销和重做
清空画布：一键清空所有绘制内容
保存图片：将画布内容保存到本地相册或应用私有目录
导出分享：可直接分享绘制的图片
性能优化：支持硬件加速、路径缓存、局部刷新

二、相关知识

在动手之前，你需要了解以下核心技术点：

自定义 View 与 Canvas
- 重写 onDraw(Canvas)，使用 Canvas.drawPath(Path, Paint) 绘制路径
- 在 onTouchEvent(MotionEvent) 中根据 ACTION_DOWN/MOVE/UP 构建 Path
数据结构与撤销/重做
- 使用 List<Path> 保存已完成路径，用 Stack<Path> 保存被撤销的路径以支持重做
- 每次完成一笔后将 currentPath 加入 paths，清空 redoStack
性能优化
- 缓存 Path 和 Paint 对象，避免频繁分配
- 在 invalidate(Rect) 中局部刷新触摸区域，减少全屏重绘
触摸平滑
- 使用二次贝塞尔曲线平滑轨迹：path.quadTo(prevX, prevY, (x+prevX)/2, (y+prevY)/2)
文件保存与分享
- 将 Bitmap 导出：在 DrawingBoardView 中生成 Bitmap 并 Canvas 一次性绘制底图与所有路径
- 使用 MediaStore（Android Q+）或 FileOutputStream 保存到相册
- 使用 FileProvider 和 Intent.ACTION_SEND 分享图片
UI 组件
- 使用 RecyclerView 或 LinearLayout 构建颜色面板与笔宽面板
- 使用 MaterialButton、FloatingActionButton 等承载撤销、重做、清除、保存操作

三、实现思路

封装 DrawingBoardView
- 公共属性：setStrokeColor(int), setStrokeWidth(float), undo(), redo(), clear(), exportBitmap()
- 事件处理：onTouchEvent 采集并平滑记录触摸轨迹；
主界面布局
- 顶部按钮区域：撤销、重做、清空、保存
- 中部 DrawingBoardView 占满屏幕
- 底部工具栏：颜色选择、笔宽滑动条
文件存储与分享
- 在 MainActivity 中调用 drawingBoard.exportBitmap() 获取 Bitmap，再保存或分享
- 使用协程或后台线程处理 I/O，显示进度提示
状态保存与恢复
- 在 onSaveInstanceState 保存 paths 和 redoStack 的序列化数据
- 在 onRestoreInstanceState 恢复路径，避免屏幕旋转丢失画图
模块化与复用
- 将所有绘制逻辑封装在 DrawingBoardView.kt
- 将保存与分享功能封装在 ImageUtil.kt

四、环境与依赖

// app/build.gradle
apply plugin: 'com.android.application'
apply plugin: 'kotlin-android'
 
android {
  compileSdkVersion 34
  defaultConfig {
    applicationId "com.example.drawingboard"
    minSdkVersion 21
    targetSdkVersion 34
  }
  buildFeatures { viewBinding true }
  kotlinOptions { jvmTarget = "1.8" }
}
 
dependencies {
  implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.6.1'
  implementation 'androidx.core:core-ktx:1.10.1'
  implementation 'com.google.android.material:material:1.9.0'
  implementation 'androidx.lifecycle:lifecycle-runtime-ktx:2.6.1'
}

五、整合代码

// =======================================================
// 文件: res/layout/activity_main.xml
// 描述: 主界面布局，包含工具栏、DrawingBoardView、颜色/笔宽工具
// =======================================================
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.coordinatorlayout.widget.CoordinatorLayout
    xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent">
 
  <!-- 顶部操作栏 -->
  <com.google.android.material.appbar.MaterialToolbar
      android:id="@+id/toolbar"
      android:layout_width="match_parent"
      android:layout_height="?attr/actionBarSize"
      android:theme="@style/ThemeOverlay.MaterialComponents.Dark.ActionBar"
      app:title="写字板"/>
 
  <!-- 绘制面板 -->
  <com.example.drawingboard.DrawingBoardView
      android:id="@+id/drawingBoard"
      android:layout_width="match_parent"
      android:layout_height="match_parent"
      android:layout_marginTop="?attr/actionBarSize"
      android:background="#FFFFFF"/>
 
  <!-- 底部工具栏 -->
  <LinearLayout
      android:id="@+id/bottomTools"
      android:orientation="horizontal"
      android:gravity="center_vertical"
      android:padding="8dp"
      android:layout_width="match_parent"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:layout_gravity="bottom"
      android:background="#CCFFFFFF">
 
    <!-- 颜色面板 -->
    <HorizontalScrollView
        android:layout_width="0dp"
        android:layout_weight="1"
        android:layout_height="wrap_content">
      <LinearLayout
          android:id="@+id/colorPalette"
          android:orientation="horizontal"
          android:layout_width="wrap_content"
          android:layout_height="wrap_content"/>
    </HorizontalScrollView>
 
    <!-- 笔宽滑动条 -->
    <SeekBar
        android:id="@+id/seekStroke"
        android:layout_width="120dp"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:max="50"
        android:progress="10"
        android:layout_marginStart="16dp"/>
  </LinearLayout>
 
  <!-- 悬浮操作按钮 -->
  <com.google.android.material.floatingactionbutton.FloatingActionButton
      android:id="@+id/btnClear"
      android:layout_width="wrap_content"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:layout_margin="16dp"
      android:src="@drawable/ic_baseline_clear_24"
      app:layout_anchorGravity="bottom|end"
      app:layout_anchor="@id/drawingBoard"/>
 
  <com.google.android.material.floatingactionbutton.FloatingActionButton
      android:id="@+id/btnUndo"
      android:layout_width="wrap_content"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:layout_margin="16dp"
      android:src="@drawable/ic_baseline_undo_24"
      app:layout_anchorGravity="bottom|start"
      app:layout_anchor="@id/drawingBoard"/>
 
  <com.google.android.material.floatingactionbutton.FloatingActionButton
      android:id="@+id/btnRedo"
      android:layout_width="wrap_content"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:layout_margin="16dp"
      android:src="@drawable/ic_baseline_redo_24"
      app:layout_anchorGravity="bottom|start"
      app:layout_anchor="@id/btnUndo"/>
 
  <com.google.android.material.floatingactionbutton.FloatingActionButton
      android:id="@+id/btnSave"
      android:layout_width="wrap_content"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:layout_margin="16dp"
      android:src="@drawable/ic_baseline_save_24"
      app:layout_anchorGravity="bottom|end"
      app:layout_anchor="@id/btnClear"/>
 
</androidx.coordinatorlayout.widget.CoordinatorLayout>
 
// =======================================================
// 文件: DrawingBoardView.kt
// 描述: 自定义绘制板，支持绘制、撤销、重做、清空、导出
// =======================================================
package com.example.drawingboard
 
import android.content.Context
import android.graphics.*
import android.util.AttributeSet
import android.view.MotionEvent
import android.view.View
import java.util.*
 
class DrawingBoardView @JvmOverloads constructor(
  context: Context, attrs: AttributeSet? = null
) : View(context, attrs) {
 
  // 画笔与路径集合
  private var paint = Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG).apply {
    color = Color.BLACK; strokeWidth = 10f
    style = Paint.Style.STROKE; strokeCap = Paint.Cap.ROUND
    strokeJoin = Paint.Join.ROUND
  }
  private var currentPath = Path()
  private val paths = mutableListOf<Pair<Path, Paint>>()
  private val redoStack = Stack<Pair<Path, Paint>>()
 
  // 触摸上一个点
  private var prevX = 0f; private var prevY = 0f
 
  /** 设置画笔颜色 */
  fun setStrokeColor(color: Int) { paint.color = color }
 
  /** 设置画笔粗细 */
  fun setStrokeWidth(width: Float) { paint.strokeWidth = width }
 
  /** 撤销 */
  fun undo() {
    if (paths.isNotEmpty()) redoStack.push(paths.removeAt(paths.lastIndex))
    invalidate()
  }
 
  /** 重做 */
  fun redo() {
    if (redoStack.isNotEmpty()) paths += redoStack.pop()
    invalidate()
  }
 
  /** 清空 */
  fun clear() {
    paths.clear(); redoStack.clear()
    invalidate()
  }
 
  /** 导出 Bitmap */
  fun exportBitmap(): Bitmap {
    val bmp = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.ARGB_8888)
    val canvas = Canvas(bmp)
    canvas.drawColor(Color.WHITE)
    for ((p, paint) in paths) canvas.drawPath(p, paint)
    return bmp
  }
 
  override fun onTouchEvent(e: MotionEvent): Boolean {
    val x = e.x; val y = e.y
    when (e.action) {
      MotionEvent.ACTION_DOWN -> {
        currentPath = Path().apply { moveTo(x, y) }
        prevX = x; prevY = y
        // 新操作清空 redo 栈
        redoStack.clear()
      }
      MotionEvent.ACTION_MOVE -> {
        val mx = (x + prevX) / 2
        val my = (y + prevY) / 2
        currentPath.quadTo(prevX, prevY, mx, my)
        prevX = x; prevY = y
      }
      MotionEvent.ACTION_UP -> {
        // 完成一笔，将路径及其画笔属性存储
        val p = Path(currentPath)
        val paintCopy = Paint(paint)
        paths += Pair(p, paintCopy)
      }
    }
    invalidate()
    return true
  }
 
  override fun onDraw(canvas: Canvas) {
    super.onDraw(canvas)
    // 依次绘制历史路径
    for ((p, paint) in paths) canvas.drawPath(p, paint)
    // 绘制当前路径
    canvas.drawPath(currentPath, paint)
  }
}
 
// =======================================================
// 文件: ImageUtil.kt
// 描述: 图片保存与分享工具
// =======================================================
package com.example.drawingboard
 
import android.content.Context
import android.graphics.Bitmap
import android.net.Uri
import android.os.Build
import android.provider.MediaStore
import java.io.*
 
object ImageUtil {
  /** 保存到相册并返回 Uri */
  fun saveBitmapToGallery(ctx: Context, bmp: Bitmap, name: String = "draw_${System.currentTimeMillis()}"): Uri? {
    return if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.Q) {
      val values = ContentValues().apply {
        put(MediaStore.Images.Media.DISPLAY_NAME, "$name.png")
        put(MediaStore.Images.Media.MIME_TYPE, "image/png")
        put(MediaStore.Images.Media.RELATIVE_PATH, "Pictures/DrawingBoard")
        put(MediaStore.Images.Media.IS_PENDING, 1)
      }
      val uri = ctx.contentResolver.insert(MediaStore.Images.Media.EXTERNAL_CONTENT_URI, values)
      uri?.let {
        ctx.contentResolver.openOutputStream(it)?.use { os -> bmp.compress(Bitmap.CompressFormat.PNG, 100, os) }
        values.clear(); values.put(MediaStore.Images.Media.IS_PENDING, 0)
        ctx.contentResolver.update(it, values, null, null)
      }
      uri
    } else {
      val dir = File(ctx.getExternalFilesDir(null), "DrawingBoard")
      if (!dir.exists()) dir.mkdirs()
      val file = File(dir, "$name.png")
      FileOutputStream(file).use { fos -> bmp.compress(Bitmap.CompressFormat.PNG, 100, fos) }
      Uri.fromFile(file)
    }
  }
}
 
// =======================================================
// 文件: MainActivity.kt
// 描述: 主界面逻辑：初始化画板、工具绑定、保存与分享
// =======================================================
package com.example.drawingboard
 
import android.content.Intent
import android.graphics.Color
import android.net.Uri
import android.os.Bundle
import android.widget.ImageButton
import android.widget.Toast
import androidx.activity.result.contract.ActivityResultContracts
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import androidx.core.content.FileProvider
import com.example.drawingboard.databinding.ActivityMainBinding
import kotlinx.coroutines.*
 
class MainActivity : AppCompatActivity() {
  private lateinit var binding: ActivityMainBinding
  private val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Main + Job())
 
  // 分享后临时 Uri
  private var savedImageUri: Uri? = null
 
  // 分享授权
  private val shareLauncher = registerForActivityResult(
    ActivityResultContracts.StartActivityForResult()
  ) { /* nothing */ }
 
  override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)
    binding = ActivityMainBinding.inflate(layoutInflater)
    setContentView(binding.root)
 
    // 初始化颜色面板
    initColorPalette()
 
    // 笔宽控制
    binding.seekStroke.setOnSeekBarChangeListener(object: SimpleSeekListener(){
      override fun onProgressChanged(sb: androidx.appcompat.widget.AppCompatSeekBar, p: Int, u: Boolean) {
        binding.drawingBoard.setStrokeWidth(p.toFloat())
      }
    })
 
    // 顶部按钮绑定
    binding.btnClear.setOnClickListener { binding.drawingBoard.clear() }
    binding.btnUndo.setOnClickListener  { binding.drawingBoard.undo() }
    binding.btnRedo.setOnClickListener  { binding.drawingBoard.redo() }
    binding.btnSave.setOnClickListener  { saveDrawing() }
  }
 
  private fun initColorPalette() {
    val colors = listOf(Color.BLACK, Color.RED, Color.BLUE, Color.GREEN, Color.MAGENTA)
    for (c in colors) {
      val btn = ImageButton(this).apply {
        val size = resources.getDimensionPixelSize(R.dimen.color_btn_size)
        layoutParams = androidx.appcompat.widget.LinearLayoutCompat.LayoutParams(size, size).apply {
          marginEnd = 16
        }
        setBackgroundColor(c)
        setOnClickListener { binding.drawingBoard.setStrokeColor(c) }
      }
      binding.colorPalette.addView(btn)
    }
  }
 
  private fun saveDrawing() {
    // 异步保存并分享
    scope.launch {
      val bmp = withContext(Dispatchers.Default) { binding.drawingBoard.exportBitmap() }
      savedImageUri = ImageUtil.saveBitmapToGallery(this@MainActivity, bmp)
      if (savedImageUri != null) {
        shareImage(savedImageUri!!)
      } else {
        Toast.makeText(this@MainActivity, "保存失败", Toast.LENGTH_SHORT).show()
      }
    }
  }
 
  private fun shareImage(uri: Uri) {
    val contentUri = if (uri.scheme == "file") {
      FileProvider.getUriForFile(this, "$packageName.fileprovider", Uri.parse(uri.path!!).toFile())
    } else uri
    val intent = Intent(Intent.ACTION_SEND).apply {
      type = "image/png"
      putExtra(Intent.EXTRA_STREAM, contentUri)
      addFlags(Intent.FLAG_GRANT_READ_URI_PERMISSION)
    }
    shareLauncher.launch(Intent.createChooser(intent, "分享绘图"))
  }
 
  override fun onDestroy() {
    super.onDestroy()
    scope.cancel()
  }
}
 
// =======================================================
// 文件: SimpleSeekListener.kt
// 描述: 简易 SeekBar 监听，省略回调实现
// =======================================================
package com.example.drawingboard
 
import android.widget.SeekBar
 
abstract class SimpleSeekListener: SeekBar.OnSeekBarChangeListener {
  override fun onStartTrackingTouch(p0: SeekBar?) {}
  override fun onStopTrackingTouch(p0: SeekBar?) {}
}

六、代码解读

DrawingBoardView
- 数据结构：paths: List<Pair<Path,Paint>> 保存每笔轨迹与对应画笔；
- 触摸处理：使用 quadTo 平滑绘制；在 ACTION_UP 时深拷贝路径与画笔入 paths；
- 撤销/重做：undo() 从 paths 移出最后一笔入 redoStack；redo() 则反向操作；
- 清空与导出：clear() 清空所有，exportBitmap() 生成白底 Bitmap 并重绘所有路径。
ImageUtil
- 兼容 Android Q+ 与以下版本，分别使用 MediaStore 或文件流保存；
- 保存在 Pictures/DrawingBoard 或 getExternalFilesDir，并返回 Uri 便于分享。
MainActivity
- UI 绑定：colorPalette 动态生成颜色按钮，seekStroke 动态控制笔宽；
- 操作按钮：清空、撤销、重做按钮直接调用相应 API；
- 保存与分享：协程异步导出 Bitmap→保存→拿到 Uri→通过 Intent.ACTION_SEND 分享；
权限与 URI
- 使用 FileProvider 适配 Android 7.0+ 文件访问限制；
- 在 AndroidManifest.xml 与 provider_paths.xml 中正确配置；

七、性能与优化

局部刷新
- 可在 onTouchEvent 中记录变化区域，用 invalidate(left, top, right, bottom) 替代全局刷新；
对象复用
- 避免在每次触摸时创建新 Paint 或 Path 对象，可维护池化策略；
内存管理
- 对于大画布或长时间绘制，注意 Bitmap 内存，必要时使用 inBitmap 重用；
多点触控
- 扩展至支持多指同时绘制，每根手指一条 Path；

八、项目总结与拓展

本文完整实现了一个功能完备的写字板组件，涵盖自由绘制、撤销重做、清空、保存与分享的全流程。
通过组件化封装，业务层仅需在布局中引用 DrawingBoardView 并绑定按钮，即可快速集成。

拓展方向

笔压感应：结合手写笔压力，动态调整笔宽或透明度；
图形标注：支持直线、矩形、圆形、文字等多种标注模式；
云端同步：将绘制数据以矢量格式上传服务器，实现跨端同步；
动画回放：记录绘制时间戳，支持绘制过程回放；
Jetpack Compose 重构：使用 Canvas 与 Modifier.pointerInput 实现 Compose 版写字板。

九、FAQ

Q：如何保存多页画布？
A：可在 paths 加入页面索引，导出时分别按照页码生成多张 Bitmap 并打包。
Q：Bitmap 导出后图片太大怎么办？
A：在保存时对 Bitmap 进行压缩，或先缩放至合适尺寸。
Q：如何让撤销支持部分笔迹？
A：目前按整笔撤销，若需精细撤销可将每段 quadTo 拆分为更小路径并记录。
Q：如何在旋转屏幕后保持绘制？
A：在 onSaveInstanceState 序列化 paths 数据，旋转后在 onRestoreInstanceState 中恢复。
Q：如何支持涂鸦橡皮擦功能？
A：可在涂鸦模式下切换 paint.xfermode = PorterDuffXfermode(PorterDuff.Mode.CLEAR) 来擦除轨迹。

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