革命性2D UI开发:Scenic全指南
引言:告别嵌入式UI开发的复杂性
你是否还在为嵌入式设备构建UI而烦恼?传统框架要么过于臃肿,要么缺乏跨平台一致性,更不用说与Elixir/OTP的无缝集成了。Scenic的出现彻底改变了这一局面——作为一款基于Elixir/OTP栈构建的客户端应用库,它让你能够在MacOS、Ubuntu、Nerves/Linux等所有支持平台上构建出运行一致的应用。本文将带你深入探索Scenic的核心架构、组件系统和实战技巧,让你在30分钟内从零开始构建第一个响应式UI。
读完本文你将获得:
- 掌握Scenic的核心概念与架构设计
- 从零构建包含按钮、滑块等组件的交互界面
- 理解场景生命周期与状态管理的最佳实践
- 学会性能优化与跨平台部署的关键技巧
- 解决常见问题的实用方案与代码示例
Scenic项目概述:重新定义嵌入式UI开发
项目定位与核心目标
Scenic主要面向固定屏幕连接设备(IoT),但也可用于构建便携式应用。它的设计目标包括:
| 核心目标 | 具体实现 |
|---|---|
| 高可用性 | 充分利用OTP监督树,创建容错、自修复的应用 |
| 轻量高效 | 仅依赖Erlang/OTP和OpenGL,资源占用极小 |
| 自包含性 | 设备逻辑本地运行,即使服务不可用仍能操作 |
| 可维护性 | 模块化设计使团队能专注于新产品开发 |
| 远程访问 | 优化网络传输,支持互联网、蜂窝网络等场景 |
| 组件复用 | 支持UI组件打包,可跨应用共享 |
| 灵活布局 | 采用游戏开发中的矩阵变换实现精确定位 |
| 安全性 | 摒弃浏览器和Javascript等复杂攻击面 |
技术选型与边界
Scenic明确界定了其能力范围,避免陷入功能蔓延:
✅ 支持的特性:
- 2D矢量图形渲染
- 组件化UI架构
- 响应式布局系统
- 事件驱动编程模型
- 静态与动态资源管理
❌ 非目标范围:
- Web浏览器功能(不支持HTML/CSS)
- 3D图形渲染
- 即时模式渲染(采用保留模式)
- 复杂动画系统(基础动画需自行实现)
快速入门:15分钟上手Scenic
环境准备与依赖安装
在开始之前,请确保你的系统满足以下要求:
- Elixir 1.16+
- Erlang/OTP 24+
- OpenGL开发环境
# 安装依赖(Ubuntu示例)
sudo apt-get install libglfw3-dev libglew-dev
# 安装Scenic项目生成器
mix archive.install hex scenic_new
构建第一个应用
# 创建新项目
mix scenic.new my_app
cd my_app
# 安装依赖并运行
mix do deps.get, scenic.run
上述命令将创建一个包含四个场景的 starter 应用:
- Splash:启动动画场景,展示过渡效果
- Sensor:模拟温度传感器界面,演示数据更新
- Primitives:基础图元展示,包含各种形状和样式
- Components:组件示例,展示按钮、滑块等交互元素
项目结构解析
my_app/
├── lib/
│ ├── my_app/
│ │ ├── components/ # 自定义组件
│ │ ├── scenes/ # 应用场景
│ │ └── application.ex # 应用入口
├── config/
│ └── config.exs # 配置文件,含视口设置
├── assets/ # 静态资源
│ ├── fonts/ # 字体文件
│ └── images/ # 图像资源
└── mix.exs # 项目依赖
核心配置示例(config/config.exs):
config :my_app, :viewport, [
name: :main_viewport,
size: {700, 600},
default_scene: {MyApp.Scene.Splash, :start_data},
drivers: [
[
module: Scenic.Driver.Local,
name: :local,
window: [resizeable: true, title: "My Scenic App"]
]
]
]
核心概念:理解Scenic的架构设计
场景(Scene):UI的基本构建块
场景是Scenic应用的核心,每个场景都是一个GenServer进程,负责管理图形状态和响应用户输入。场景的生命周期由视口(ViewPort)自动管理,其核心职责包括:
- 构建和维护图形(Graph)数据结构
- 响应输入事件和组件消息
- 管理子组件的生命周期
- 将更新后的图形推送到视口渲染
defmodule MyApp.Scene.Example do
use Scenic.Scene
alias Scenic.Graph
import Scenic.Primitives
# 编译时构建初始图形
@graph Graph.build(font: :roboto, font_size: 24)
|> text("Hello Scenic", translate: {350, 300}, text_align: :center)
|> circle(100, fill: :blue, translate: {350, 300})
@impl Scenic.Scene
def init(scene, _params, _opts) do
# 初始化场景状态并推送图形
scene =
scene
|> assign(graph: @graph)
|> push_graph(@graph)
{:ok, scene}
end
# 处理输入事件
@impl Scenic.Scene
def handle_input({:cursor_button, {:btn_left, 0, _, position}}, _, scene) do
# 点击位置在position,更新图形
graph =
scene.assigns.graph
|> Graph.modify(:circle, &circle(&1, 100, fill: :red))
scene =
scene
|> assign(graph: graph)
|> push_graph(graph)
{:noreply, scene}
end
end
图形(Graph):声明式UI描述
图形是Scenic的核心数据结构,采用声明式方式描述UI。它由节点(primitives/components)构成层次结构,支持样式继承和变换组合。图形具有不可变性,每次修改都会创建新的图形实例。
图形操作的核心API:
| 函数 | 作用 |
|---|---|
Graph.build/1 | 创建新图形,可设置根样式 |
Graph.modify/3 | 修改指定ID的节点 |
Graph.add_to/3 | 向指定组添加节点 |
push_graph/2 | 将图形推送到视口渲染 |
图元(Primitives):UI的基本构建单元
Scenic提供了丰富的2D图元库,所有可见元素最终都由这些图元构成:
| 图元类型 | 用途 | 关键参数 |
|---|---|---|
text/3 | 文本渲染 | font, font_size, text_align |
rectangle/3 | 矩形绘制 | width, height, radius (圆角) |
circle/3 | 圆形绘制 | radius |
ellipse/3 | 椭圆绘制 | {width, height} |
line/3 | 线段绘制 | points, stroke |
path/3 | 复杂路径 | commands (类似SVG路径) |
group/3 | 节点分组 | 用于统一变换和样式 |
component/3 | 组件引用 | module, data, opts |
图元使用示例:
Graph.build()
|> text("Scenic Primitives", font_size: 32, translate: {350, 50})
|> rectangle({200, 100}, fill: {:linear_gradient, [0,0, 200,100], [ {:white, 1.0}, {:blue, 1.0} ]}, translate: {250, 150})
|> circle(50, stroke: {3, :red}, fill: :yellow, translate: {450, 200})
|> line({{100, 300}, {600, 300}}, stroke: {5, :green}, cap: :round)
|> path("M100,400 Q350,300 600,400 T600,500", stroke: {2, :purple}, fill: :none)
组件(Components):可复用的UI元素
组件是Scenic的代码复用机制,本质上是特殊的场景,提供标准化的交互界面。Scenic内置了丰富的基础组件:
自定义组件示例:
defmodule MyApp.Component.Counter do
use Scenic.Component
import Scenic.Primitives
alias Scenic.Graph
# 验证输入数据
@impl Scenic.Component
def validate(count) when is_integer(count), do: {:ok, count}
def validate(_), do: {:error, "计数器必须初始化为整数"}
@impl Scenic.Scene
def init(scene, count, opts) do
# 构建组件图形
graph =
Graph.build()
|> text("#{count}", id: :count, font_size: 24)
|> rectangle({60, 40}, id: :bg, fill: :light_grey, input: true)
scene =
scene
|> assign(graph: graph, count: count)
|> push_graph(graph)
{:ok, scene}
end
# 处理点击事件
@impl Scenic.Scene
def handle_input({:cursor_button, {:btn_left, 0, _, _}}, :bg, scene) do
# 增加计数并更新显示
new_count = scene.assigns.count + 1
graph =
scene.assigns.graph
|> Graph.modify(:count, &text(&1, "#{new_count}"))
scene =
scene
|> assign(count: new_count, graph: graph)
|> push_graph(graph)
|> send_parent_event({:count_updated, new_count})
{:noreply, scene}
end
end
在场景中使用组件:
Graph.build()
|> MyApp.Component.Counter.add_to_graph(0, id: :counter, translate: {350, 300})
|> button("重置", id: :reset_btn, translate: {320, 350})
样式(Styles):视觉外观控制
Scenic提供了全面的样式系统,支持丰富的视觉效果,并遵循继承原则——子节点会继承父节点的样式,可在子节点上重写。
核心样式类型:
| 样式类别 | 包含属性 |
|---|---|
| 填充样式 | fill - 支持颜色、渐变、图像 |
| 描边样式 | stroke - 线宽和填充样式 |
| 字体样式 | font, font_size, text_align |
| 变换样式 | translate, rotate, scale, pin |
| 交互样式 | input - 启用输入事件 |
| 布局样式 | hidden, scissor (裁剪) |
样式继承示例:
Graph.build(font: :roboto, font_size: 20) # 根样式
|> group(translate: {100, 100}, font_size: 24) # 重写字体大小
|> text("继承样式") # 继承 group 的 font_size:24
|> text("重写样式", font_size: 30, translate: {0, 50}) # 重写为30
|> end_group()
|> text("恢复根样式", translate: {100, 200}) # 恢复为根样式的20
渐变填充示例:
# 线性渐变
rectangle({200, 150}, fill: {:linear_gradient, [0,0, 200,150], [ {:red, 0.0}, {:yellow, 0.5}, {:green, 1.0} ]})
# 径向渐变
circle(75, fill: {:radial_gradient, [100,100, 50, 100], [ {:blue, 0.0}, {:white, 1.0} ]})
变换(Transforms):精确控制元素位置
Scenic采用矩阵变换系统,支持平移、旋转、缩放等操作,所有变换可以组合应用:
变换操作示例:
Graph.build()
|> rectangle({100, 100}, fill: :blue) # 无变换
|> rectangle({100, 100}, fill: :red, translate: {200, 0}) # 平移
|> rectangle({100, 100}, fill: :green, rotate: 0.785, translate: {400, 0}) # 旋转(45度)
|> rectangle({100, 100}, fill: :yellow, scale: 1.5, translate: {600, 50}) # 缩放
|> rectangle({100, 100}, fill: :purple,
translate: {200, 200},
rotate: 0.785,
scale: 1.2,
pin: {50, 50}) # 组合变换,指定旋转中心
实战指南:构建交互式应用
事件处理与用户交互
Scenic采用事件驱动模型,所有用户输入和组件通信都通过事件系统完成。场景通过实现特定回调函数来处理不同类型的事件:
@impl Scenic.Scene
def init(scene, _params, _opts) do
# 请求特定类型的输入事件
scene =
scene
|> request_input(:cursor_pos) # 请求光标位置
|> request_input(:cursor_button) # 请求鼠标按钮事件
|> request_input(:key) # 请求键盘事件
{:ok, scene}
end
# 处理光标移动事件
@impl Scenic.Scene
def handle_input({:cursor_pos, x, y}, _, scene) do
# 更新光标位置显示
graph =
scene.assigns.graph
|> Graph.modify(:cursor_text, &text(&1, "光标位置: #{x}, #{y}"))
{:noreply, push_graph(scene, graph)}
end
# 处理按钮点击事件
@impl Scenic.Scene
def handle_input({:cursor_button, {:btn_left, 0, _, _}}, :my_button, scene) do
# 按钮释放事件,发送事件给父组件
send_parent_event(scene, {:button_clicked, :my_button})
{:noreply, scene}
end
# 处理键盘事件
@impl Scenic.Scene
def handle_input({:key, key, :press, _}, _, scene) do
# 处理按键按下事件
case key do
"Escape" -> send_parent_event(scene, :close_window)
"Enter" -> send_parent_event(scene, :submit_form)
_ -> :ok
end
{:noreply, scene}
end
资源管理:字体与图像
Scenic 0.11引入了全新的资源管理系统,简化了字体、图像等静态资源的使用:
# 1. 配置资源模块
# config.exs
config :scenic, :assets, module: MyApp.Assets
# 2. 创建资源模块
defmodule MyApp.Assets do
use Scenic.Assets.Static,
otp_app: :my_app,
alias: [
background: "images/background.jpg",
icon: "images/icon.png"
]
end
# 3. 在图形中使用资源
Graph.build()
|> rectangle({700, 600}, fill: {:image, :background}) # 使用别名
|> image("images/logo.png", translate: {50, 50}) # 使用路径
|> text("自定义字体", font: "fonts/custom.ttf", font_size: 36)
场景切换与导航
复杂应用通常包含多个场景,需要实现场景间的切换逻辑:
defmodule MyApp.Scene.Home do
use Scenic.Scene
import Scenic.Components
@graph Graph.build()
|> button("进入设置", id: :settings_btn, translate: {300, 250})
|> button("查看数据", id: :data_btn, translate: {300, 320})
@impl Scenic.Scene
def init(scene, _params, _opts) do
{:ok, push_graph(scene, @graph)}
end
@impl Scenic.Scene
def handle_input({:click, :settings_btn}, _, scene) do
# 切换到设置场景
Scenic.ViewPort.set_root(scene.viewport, {MyApp.Scene.Settings, :from_home})
{:noreply, scene}
end
def handle_input({:click, :data_btn}, _, scene) do
# 切换到数据场景
Scenic.ViewPort.set_root(scene.viewport, {MyApp.Scene.Data, []})
{:noreply, scene}
end
end
动态数据更新
实时数据展示是嵌入式应用的常见需求,Scenic通过高效的图形更新机制实现这一点:
defmodule MyApp.Scene.SensorMonitor do
use Scenic.Scene
import Scenic.Primitives
alias Scenic.Graph
@graph Graph.build()
|> text("温度监测", font_size: 32, translate: {350, 50}, text_align: :center)
|> rectangle({400, 200}, fill: :light_grey, translate: {150, 150}, id: :temp_bg)
|> text("--- °C", id: :temp_value, font_size: 48, translate: {350, 250}, text_align: :center)
|> line({{150, 400}, {550, 400}}, stroke: {3, :black}, id: :trend_line)
@impl Scenic.Scene
def init(scene, _params, _opts) do
# 订阅传感器数据更新
Scenic.PubSub.subscribe(:sensor_data)
# 初始化趋势数据
scene =
scene
|> assign(graph: @graph, trend_data: [{150, 400}])
|> push_graph(@graph)
{:ok, scene}
end
# 处理传感器数据更新
@impl Scenic.Scene
def handle_info({:sensor_update, temp}, scene) do
# 更新温度显示
{new_trend, points} = update_trend(scene.assigns.trend_data, temp)
graph =
scene.assigns.graph
|> Graph.modify(:temp_value, &text(&1, "#{temp} °C"))
|> Graph.modify(:trend_line, &line(&1, points))
scene =
scene
|> assign(trend_data: new_trend, graph: graph)
|> push_graph(graph)
{:noreply, scene}
end
# 更新趋势线数据
defp update_trend(data, temp) do
# 将温度值转换为Y坐标 (30-50°C映射到400-200像素)
y = 400 - ((temp - 30) / 20) * 200
x = List.last(data) |> elem(0) + 10
# 保持最多40个数据点
new_data =
data
|> Enum.concat([{x, y}])
|> Enum.drop_while(fn {px, _} -> px < x - 400 end)
{new_data, new_data}
end
end
高级特性:释放Scenic全部潜力
脚本(Scripts):高性能绘图指令
Scenic 0.11引入了脚本系统,允许直接发送绘图指令,特别适合动态生成的复杂图形:
alias Scenic.Script
def create_custom_script do
Script.start()
|> Script.fill_color(:red)
|> Script.begin_path()
|> Script.move_to(100, 100)
|> Script.line_to(200, 150)
|> Script.bezier_curve_to(300, 50, 400, 250, 500, 150)
|> Script.close_path()
|> Script.fill()
|> Script.stroke_color(:black)
|> Script.stroke_width(2)
|> Script.stroke()
|> Script.finish()
end
# 在图形中使用脚本
Graph.build()
|> script(create_custom_script(), translate: {0, 100})
精灵图(Sprites):高效图像渲染
精灵图系统允许从单个图像文件中绘制多个子图像,减少资源加载和绘制调用:
# 1. 定义精灵图
defmodule MyApp.Sprites do
use Scenic.Assets.Static,
otp_app: :my_app,
sprites: [
buttons: [
file: "images/buttons.png",
frames: [
normal: {0, 0, 100, 50},
pressed: {0, 50, 100, 50},
hover: {0, 100, 100, 50}
]
]
]
end
# 2. 在图形中使用精灵图
Graph.build()
|> sprites(MyApp.Sprites.buttons(), :normal, id: :btn, translate: {300, 300})
流纹理(Stream Textures):动态图像更新
流纹理系统支持高效更新动态图像,适用于摄像头输入、实时图表等场景:
# 1. 创建并初始化流纹理
{:ok, texture} = Scenic.Assets.Stream.Texture.build(:rgb, 640, 480, clear: :black, commit: true)
:ok = Scenic.Assets.Stream.put("camera_stream", texture)
# 2. 在图形中使用流纹理
Graph.build()
|> rectangle({640, 480}, fill: {:stream, "camera_stream"})
# 3. 更新纹理数据(在相机回调中)
def handle_frame(pixel_data) do
# 获取当前纹理
{:ok, texture} = Scenic.Assets.Stream.Texture.fetch("camera_stream")
# 更新纹理数据(使用低级API直接操作像素)
texture
|> Scenic.Assets.Stream.Texture.mutable()
|> Scenic.Assets.Stream.Texture.put_pixels(pixel_data)
|> Scenic.Assets.Stream.Texture.commit()
# 通知流系统纹理已更新
:ok = Scenic.Assets.Stream.updated("camera_stream")
end
主题系统:统一应用风格
主题系统允许集中管理应用的颜色方案,支持动态切换:
# 1. 定义主题
defmodule MyApp.Themes do
@primary %{
text: :white,
background: :dark_blue,
accent: :light_blue,
border: :blue,
active: :cyan
}
@dark %{
text: :light_grey,
background: :black,
accent: :grey,
border: :dark_grey,
active: :white
}
def get(:primary), do: @primary
def get(:dark), do: @dark
def get(_), do: @primary
end
# 2. 在组件中使用主题
defmodule MyApp.Component.ThemedButton do
use Scenic.Component
import Scenic.Primitives
@impl Scenic.Component
def init(scene, text, opts) do
theme = Keyword.get(opts, :theme, :primary) |> MyApp.Themes.get()
graph =
Graph.build()
|> rrect({150, 40, 5}, fill: theme.background, stroke: {2, theme.border}, id: :btn)
|> text(text, fill: theme.text, translate: {75, 25}, text_align: :center)
scene =
scene
|> assign(graph: graph, theme: theme)
|> push_graph(graph)
{:ok, scene}
end
end
迁移指南:从0.10到0.11的关键变更
Scenic 0.11带来了多项重大改进,同时也引入了一些不兼容变更:
核心变更概览
| 变更类型 | 0.10版本 | 0.11版本 |
|---|---|---|
| 资产管理 | Scenic.Cache 模块 | Scenic.Assets.Static 和 Stream |
| 场景状态 | 自定义状态结构 | %Scenic.Scene{} 结构体,类似Phoenix Socket |
| 图形推送 | 回调选项 push: graph | push_graph/2 函数 |
| 驱动系统 | 多个驱动 (Glfw, RPi等) | 统一的 Scenic.Driver.Local |
| 输入处理 | 自动接收所有输入 | 显式 request_input/2 请求 |
| 组件验证 | verify/1 回调 | validate/1 回调 |
迁移步骤
- 更新依赖:
# mix.exs
defp deps do
[
{:scenic, "~> 0.11.0"},
{:scenic_driver_local, "~> 0.11.0"}
]
end
- 更新视口配置:
# 旧配置(0.10)
%{
name: :main_viewport,
size: {700, 600},
default_scene: {MyApp.Scene.Main, nil},
drivers: [
%{
module: Scenic.Driver.Glfw,
name: :glfw,
opts: [resizeable: true]
}
]
}
# 新配置(0.11)
[
name: :main_viewport,
size: {700, 600},
default_scene: {MyApp.Scene.Main, nil},
drivers: [
[
module: Scenic.Driver.Local,
name: :local,
window: [resizeable: true]
]
]
]
- 场景状态迁移:
# 旧代码(0.10)
def init(params, opts) do
graph = Graph.build() |> text("Hello")
{:ok, %{graph: graph}, push: graph}
end
# 新代码(0.11)
def init(scene, _params, _opts) do
graph = Graph.build() |> text("Hello")
scene =
scene
|> assign(graph: graph)
|> push_graph(graph)
{:ok, scene}
end
- 资产系统迁移:
# 旧代码(0.10)
{:ok, hash} = Scenic.Cache.File.load("assets/images/logo.png", :image)
graph |> rectangle(fill: {:image, hash})
# 新代码(0.11)
graph |> rectangle(fill: {:image, "images/logo.png"})
最佳实践:构建高质量Scenic应用
性能优化策略
-
图形构建优化:
- 尽量在编译时构建静态图形(使用
@graph模块属性) - 合理使用组(group)减少修改范围
- 避免频繁修改整个图形,优先使用
Graph.modify/3
- 尽量在编译时构建静态图形(使用
-
资源管理:
- 预加载所有静态资源
- 合理使用精灵图减少纹理切换
- 对大型图像使用适当分辨率
-
事件处理:
- 避免在输入事件回调中执行复杂计算
- 使用
capture_input/2和release_input/2减少事件处理负担 - 批量处理高频事件(如鼠标移动)
测试策略
Scenic应用的测试应覆盖组件行为和场景交互:
defmodule MyApp.Component.ButtonTest do
use ExUnit.Case
import Scenic.TestHelpers
test "button sends click event when pressed" do
# 创建测试场景
{:ok, viewport} = Scenic.ViewPort.start({:test, 800, 600})
{:ok, scene} = MyApp.Scene.TestScene.start(viewport)
# 模拟点击按钮
send_input(scene, {:cursor_button, {:btn_left, 0, [], {350, 300}}})
# 验证事件是否发送
assert_receive {:event, {:click, :test_button}}
end
end
调试技巧
- 使用IEx进行交互式调试:
iex -S mix scenic.run
- 图形检查工具:
# 在场景中添加调试信息
defmodule MyApp.Scene.Debug do
use Scenic.Scene
import Scenic.Primitives
def init(scene, _, _) do
# 启用调试模式
scene = Scene.put(scene, :debug, true)
# ...
end
# 在更新时打印调试信息
def handle_input(input, id, scene) do
if scene.debug do
IO.puts("Input received: #{inspect(input)} on #{id}")
end
# ...
end
end
- 性能分析:
# 使用:timer模块测量图形更新时间
{time, scene} = :timer.tc(fn -> push_graph(scene, graph) end)
IO.puts("Graph update took #{time} microseconds")
部署指南:跨平台发布
Nerves设备部署
Scenic特别适合在嵌入式设备上运行,结合Nerves项目可实现一键部署:
# mix.exs
def project do
[
app: :my_app,
version: "0.1.0",
elixir: "~> 1.16",
deps: deps() ++ nerves_deps(),
# ...
]
end
def nerves_deps do
[
{:nerves, "~> 1.10", runtime: false},
{:nerves_system_rpi4, "~> 1.23", runtime: false},
{:scenic_driver_local, "~> 0.11", targets: @all_targets}
]
end
# 部署命令
mix firmware
mix firmware.burn
桌面平台打包
对于桌面平台,可使用mix release创建独立可执行文件:
# 创建发布
MIX_ENV=prod mix release
# 运行发布
_build/prod/rel/my_app/bin/my_app start
结论:开启Scenic之旅
Scenic为嵌入式UI开发带来了Elixir/OTP的强大能力,通过声明式图形描述、组件化架构和响应式设计,让构建跨平台设备界面变得前所未有的简单。无论你是开发工业控制面板、智能家居设备还是消费电子品,Scenic都能帮助你快速交付高质量的UI解决方案。
下一步行动:
- 访问项目仓库:https://gitcode.com/gh_mirrors/scen/scenic
- 尝试示例项目:
mix scenic.new.example my_app - 查阅API文档:https://hexdocs.pm/scenic
- 加入社区讨论:https://elixirforum.com/c/elixir-libraries/scenic
你准备好用Elixir构建下一个革命性的嵌入式UI了吗?立即开始你的Scenic之旅!
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创作声明:本文部分内容由AI辅助生成(AIGC),仅供参考



