实用型ColorPicker的设计与实现

一、前言

ColorPicker，颜色选取器，简称拾色器。
说到拾色器，大家可能就会想到Photoshop, 使用得最多的应该是设计， 对于开发而言，平常要用到拾色器的机会不多。
如果有一天，项目中需要一个拾色器（多用于自定义颜色），该如何入手？
今天且来给大家分享一下拾色器的设计和实现。

二、颜色空间

要实现实用的拾色器，了解下颜色空间是必要的。
颜色空间也称彩色模型(又称彩色空间或彩色系统），它的用途是在某些标准下用通常可接受的方式对彩色加以说明。
关于颜色空间，文末附有一些链接，都是前人的精华总结。
尤其是《色彩空间中的 HSL、HSV、HSB 有什么区别》中的讨论（知乎大神的作答），读完立即醍醐灌顶，茅塞顿开。

本节主要摘录各大神的一些表述，并加以整理。
为了阅读体验，就不逐一附上作者了，具体见文后链接。

2.1 RGB空间

RGB是从颜色发光的原理来设计定的，通俗点说它的颜色混合方式就好像有红、绿、蓝三盏灯，当它们的光相互叠合的时候，色彩相混，而亮度却等于两者亮度之总和，越混合亮度越高，即加法混合。
红、绿、蓝三个颜色通道每种色各分为256阶亮度，在0时“灯”最弱——是关掉的，而在255时“灯”最亮。
当三色灰度数值相同时，产生不同灰度值的灰色调，即三色灰度都为0时，是最暗的黑色调；三色灰度都为255时，是最亮的白色调。

2.2 HSB空间

RGB 是对机器很友好的色彩模式，但并不够人性化，因为我们对色彩的认识往往是”什么颜色？鲜艳不鲜艳？亮还是暗？”。
例如，我们平时描述颜色，“深紫”，“浅绿”，“明黄”，"暗红”等，一是交代基础颜色，二是对颜色本身加以描述。
HSB(HSV) 基于 RGB ，是一个更人性化的表示方法。
H(Hue) 为色相, 取值范围：0-360°，基础颜色。
S(Saturation) 为饱和度， 取值范围：0 - 1(0% - 100%), 表示色彩的纯度。
B(Brightness)为明度, 取值范围：0 - 1(0% - 100%)，表示对光量的感知。
明度在某些地方也叫Value，所以就有了HSV，HSV和HSB是一样的，只是关于明度的叫法不一样而已。

• 色相环的每一种颜色，在RGB空间中，最多只有两个颜色通道(r, g, b)大于0，所以色相环的颜色是最纯净的。
• 明度决定了RBG三个分量的大小，也就是决定了光亮的大小，在感知层面，就是明暗的区别。
• 饱和度为0的颜色，r，g，b相等, 当明度为0时为黑色，明度为1时为白色，大于0小于1时为灰色；
  饱和度为1时，颜色值仅取决于色相和明度，而明度只控制RGB分量的大小，所以颜色还是纯净的；

饱和度在0到1之间时，为饱和度为0的颜色（黑灰白）和饱和度为1的颜色的线性插值，越靠近1颜色越纯净。

2.3 明度

先看 Photoshop 的 HSB 颜色模型拾色器，如下图所示，HSB 的 B（明度）控制纯色中混入黑色的量，越往上，值越大，黑色越少，颜色明度越高。

2.4 饱和度

如下图所示，HSB 的 S（饱和度）控制纯色中混入白色的量，越往右，值越大，白色越少，颜色纯度越高。

2.5 色相

色相指的是色彩的外相，是在不同波长的光照射下，人眼所感觉不同的颜色，如红色、黄色、蓝色等。
在HSL和HSV色彩空间中，H指的就是色相，是以红色为0°（360°）；黄色为60°；绿色为120°；青色为180°；蓝色为240°；品红色为300°。

从上图可以看出，从0°到360°，是一个分段函数，其中，每一段都有一个颜色分量是0，一个分量是1，另一个分量或从0到1，或从1到0。

2.6 HSB转RGB

对用户而言，HSB空间更容易调节，但是对于计算机，用RGB空间渲染会更加方便。
以下是HSB到RGB的转换公式：

图中, h, s , v分别是色相，饱和度，明度。
有了这个组公式，我们就可以理解2.5节的色相条是怎么来的了。
首先看到第一个公式，[]是取整符号，即 hi = (int) (h/60）% 6 。
令s=1, v=1, 则p=0, q=1-f, t=f。
当i=0（第一段），(r, g, b) = (v, t, p) = (1, f, 0), 而f=h/60-hi =h/60，
也就是，第一段中，r=1, g=h/60, b=0；
特例：当h=60， r=1,g=1,b=0, 混合出黄色。
以此类推。
另外我们还注意到，当h选定之后，颜色和s，v成线性关系，这一点对后面拾色器的实现很重要。

三、拾色器的设计

3.1 条形拾色器

需要用到自定义颜色的APP不多，网易APP是其中一个。
点击“个性换肤->自选颜色”，会弹出这样的界面：

页面中间是预览，底部是预定义的调色板；
调色板的最后，是一张多彩的图片，点击后切换成两个颜色条，如下图：

第一个颜色条很眼熟了，就是前面提到的色相；
底下这条，应该是以选取的色相为基础，饱和度为1，明度从0到1渐变。
这两个颜色条组合起来，颜色的取值范围为2.2节中的圆柱的侧面。
取值范围虽然只占颜色空间的一部分，但是也是很有价值的一部分。
可能网易的设计师只想让用户选取鲜明的颜色，所以舍弃了饱和度的调节，同时换来了极大的简洁性。

3.2 环形拾色器

开源的Android拾色器有不少，其中HoloColorPicker是star比较多的一个项目。

该项目把色相做成一个环，底下辅以饱和度和明度的调节，可以说是一个完整的拾色器了（可以选取整个颜色空间的颜色）。
把色相做成色相环，看起来比色相条要更加炫酷一些，但是占用面积变大了。
像网易云音乐的颜色选取，因为要给预览图足够的空间，所以只能用空间占用少的拾色器；
像这种一下占用大半个屏幕的设计，不适合网易云音乐这种选色场景。

3.3 PS拾色器

Photoshop的常规拾色器是矩形构成的“饱和度-明度”选取面板，以及色相条（然后也可以通过设置换成色相轮）。

Photoshop作为专业的图像编辑软件，拾色器无疑是很强大的。
同时电脑显示器的面积毕竟比手机要大很多，鼠标的选取精确度也比手指触摸屏幕要精确，
所以Photoshop的拾色器可以大开大合，提供各种面板，显示全面的参数。

四、技术实现

通过前面三个小节的分析，我们可以看出，拾色器的实现要点为：
以HSB颜色空间为基础，通过条形，环形，矩形等坐标来调节HSB各分量的值，达成颜色的选取。

首先第一个要解决的问题就是，颜色空间的转换计算。
幸运的是，SDK 的 Color 类提供HSB(HSV)和RGB之间的转换方法：

public static void colorToHSV(@ColorInt int color, @Size(3) float hsv[]) public static int HSVToColor(@Size(3) float hsv[])

然后要解决的第二个问题是，坐标的绘制。
同样，SDK也提供了各种Shader, 使得我们可以轻松的绘制各种坐标。
接下来我们结合实例看一下。

4.1 仿网易云音乐

也不卖关子了，先上效果图吧：

和网易云音乐一样，都是在下方显示面板，有预置的调色板，调色板最后的方块可以跳转去自定义暗色；
不同之处在于，比之多了透明度和纯度的调节，如此，可以选择整个颜色空间，以及alpha通道。

以上实现的关键点在于，色相、饱和度（为了字体长度相同，以“纯度”作为title），以及明度的绘制。
前面我们提到，色相是分段线性变化的，因此，我们可以利用 LinearGradient 来绘制。

public LinearGradient(float x0, float y0, float x1, float y1, @NonNull @ColorInt int colors[], @Nullable float positions[], @NonNull TileMode tile) 

给LinearGradient的color数组福祉，只需列出色相在分段交界的颜色即可：

private static final int[] COLORS = new int[] { 0xFFFF0000, 0xFFFFFF00, 0xFF00FF00, 0xFF00FFFF, 0xFF0000FF, 0xFFFF00FF, 0xFFFF0000, };

前面2.6节提到，h确定之后， 颜色和s,v成线性关系，因此，也可以通过LinearGradient来绘制饱和度和明度。
例如，绘制饱和度时，只需计算hsv第二分量（hsv[1], 也就是s）等于0和等于1时的颜色值，作为LinearGradient的colors的参数，即可绘制在当前h, v值对应的s的变化（也就是饱和度对应的颜色条）。

 hsv[1] = 0f; colors[0] = Color.HSVToColor(hsv); hsv[1] = 1f; colors[1] = Color.HSVToColor(hsv);

明度的绘制以此类推。

4.2 仿Photoshop

色相在0°和360°对应的都是红色，首位相接，所以很多时候会被做成色相环（Photoshop中叫色相轮）。
饱和度和明度，如果合成一个二维坐标，会更加直观，这样也是Photoshop的方案。

要绘制色相环，需要用到另一个Shader:

 public SweepGradient(float cx, float cy, @NonNull @ColorInt int colors[], @Nullable float positions[])

用法很简单，把上一节给出的 COLORS 代入 SweepGradient 的 colors 即可。

而要合成饱和度和明度，可以用ComposeShader:

private Shader getSVShader() { if (mValShader == null) { mValShader = new LinearGradient( mSVRect.left, mSVRect.top, mSVRect.left, mSVRect.bottom, Color.WHITE, Color.BLACK, Shader.TileMode.CLAMP); } if (mShaderHSV[0] != mHSV[0] || mComposeShader == null) { mShaderHSV[0] = mHSV[0]; Shader satShader = new LinearGradient( mSVRect.left, mSVRect.top, mSVRect.right, mSVRect.top, Color.WHITE, Color.HSVToColor(mShaderHSV), Shader.TileMode.CLAMP); mComposeShader = new ComposeShader(mValShader, satShader, PorterDuff.Mode.MULTIPLY); } return mComposeShader; }

ComposeShader可以组合两个Shader, 因为颜色和s, v是线性关系，所以需要组合两个LinearGradient。
第一个LinearGradient从左上角到左下角，从白到黑；
第二个LinearGradient从左上角到右上角，从白到色相的颜色。
效果如下：

既然拾色部分已经占了这么多空间了，所以干脆把剩下的空间也用上，来做数据面板；
还加一个编辑框，可以手动输入RGB颜色，同时限制编辑框只能输入十六进制，限制输入长度。

4.3 拾色器的选取

两类拾色器中，通过条形坐标来选取颜色比较节约空间，通过环形和矩形则相对直观。
具体使用哪一种，要视情况而定：
如果要实时预览效果，那拾色器就不能占太多空间，这时候第一种方案会比较适合；
如果要制作调色板之类的，用第二种方案就比较高效。
不过，在移动设备上，第二种方案会打折扣，比如在sv面板中选取颜色时，手指会遮挡住指示器，
而在PC上的话，由于是用鼠标选取，所以可以精确选取，也没有遮挡的问题。

五、总结

本文先是讲述了颜色空间的相关知识，
然后介绍了业界的一些拾色器的设计，
最后演示了两种拾色器，以及实现要点。

限于篇幅，在实现方面没有讲的很细，读者可以具体看项目代码。
代码链接：
https://github.com/No89757/ColorPicker

参考资料：
色彩空间中的 HSL、HSV、HSB 有什么区别
从 RGB 到 HSV 的转换详细介绍
RGB与HSB之间的转换公式
维基百科 - 色相