高效方法绘制数百万点的直线

Question

我正在使用Cocoa编写一款音频波形编辑器，具有广泛的缩放选项。在最宽的范围内，它显示了整首歌曲的波形（在视图中大约有10百万个样本）。在最窄的范围内，它显示了声波的像素精确表示（在视图中有大约1千个样本）。我想能够在这些缩放级别之间平滑地转换。一些商业编辑器（如Ableton Live）似乎以非常低廉的价格做到了这一点。

我的当前实现满足了我所需的缩放范围，但效率低下且不流畅。这个设计很大程度上受到了这篇关于使用Quartz绘制波形的优秀文章的启发：

http://supermegaultragroovy.com/blog/2009/10/06/drawing-waveforms/

我为各种缩减级别的音频文件创建了多个CGMutablePathRef。当我缩放到最小时，我使用已经减少到每x千个样本一个点的路径。当我缩放到最大时，我使用包含每个样本的点的路径。当我处于缩减级别之间时，我水平缩放路径。这使其功能正常，但仍然相当昂贵且在缩减级别之间转换时会出现伪影。

有一个想法是如何使这个过程更加便宜，那就是去掉反锯齿。我的编辑器中的波形是反锯齿的，而Ableton的不是（请参见下面的比较）。

我没有看到在CGMutablePathRef中关闭反锯齿的方法。在Cocoa世界中是否有非反锯齿的CGMutablePathRef替代品？如果没有，有人知道一些OpenGL类或示例代码可以帮助我更有效地绘制大型线条吗？

更新于2014年1月21日：现在有一个非常好的库可以完全满足我的需求：https://github.com/syedhali/EZAudio

- tassock

Answer 1

我在我的应用程序中使用CGContextMoveToPoint+CGContextAddLineToPoint+CGContextStrokePath。每个屏幕点使用预先计算的背景缓冲区进行绘制，缓冲区包含要绘制的精确点，并使用信号的插值表示（基于缩放/比例）。尽管如果渲染到图像缓冲区可能会更快且外观更好，但我从未收到过任何投诉。如果正确设置，您可以从第二个线程计算和渲染所有这些内容。

抗锯齿与图形上下文有关。

CGFloat（CGPaths的本机输入）对于概述来说过于复杂，作为中间表示和计算波形概述。16位应该足够。当传递给CG调用时，您需要将其转换为CGFloat。

您需要进行分析以找出时间花费在哪里-重点关注花费最多的部分。此外，在必须时仅绘制必需的内容，避免覆盖/动画。如果需要覆盖，最好将其渲染到图像/缓冲区并根据需要更新。当表面较大时，有时将显示分成多个绘图表面会有所帮助。

半OT：Ableton使用s+h值，这可能会稍微快一些，但我更喜欢将其作为选项。如果您的实现使用线性插值（根据其外观可能是这样），请考虑更直观的方法。线性插值有点欺骗，并且如果您正在开发专业应用程序，则确实不符合用户的期望。

- justin

---

感谢您详细的回复！听起来您也有经验。确实，我比需要更频繁地绘制波形。我将尝试使用覆盖方式替换完全重新绘制。关于Ableton使用s+h值，那是什么？您正确地假设我的实现使用线性插值。看起来Ableton的平方线条可能更有效率，但不确定如何实现。 - tassock

@tassock 不用谢。我所说的“s+h”是指信号的“采样和保持”值。这只是按照时间域中所表示的波形步骤精确地绘制波形。在我看来，最好是插值并构建信号的表示。S+H可以，但应该作为一个选项，以插值表示为默认选项。当我说插值时，我指的是一种更具代表性的模拟信号方法，而不是S+H或线性插值。为此，可能需要在性能和准确性之间取得平衡。一个sinc会很好，（续） - justin

但是你可以尝试使用更高阶的样条曲线（以此作为一个例子）。正确地插值/重构波形会给你当前的实现增加大量CPU负担。 - justin

使用绘制线条的方法，s+h绘图实现非常简单 - 实际上您需要绘制更多的点，但数学计算更简单，并且可以在int（或short）中执行，节省大量内存（在某些情况下）以及CPU。 - justin

Answer 2

关于抗锯齿的问题。在Quartz中，抗锯齿是在绘制时应用于上下文的。CGPathRef对绘图上下文是不可知的。因此，同一个CGPathRef可以呈现为抗锯齿环境或非抗锯齿环境。例如，在动画期间禁用抗锯齿：

CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
GMutablePathRef fill_path = CGPathCreateMutable();
// Fill the path with the wave
...

CGContextAddPath(context, fill_path);
if ([self animating])
    CGContextSetAllowsAntialiasing(context, NO);
else
    CGContextSetAllowsAntialiasing(context, YES);
// Do the drawing
CGContextDrawPath(context, kCGPathStroke);

- fsaint

---

啊，感谢指出上下文抗锯齿设置。不幸的是，它似乎并没有导致显著的性能提升。显然，在我当前的实现中，我有太多其他低效的进程。 - tassock