Python Cairo 库详细教程及代码案例

一、Cairo 简介

Cairo 是一个2D矢量图形库，支持多种输出设备（如PNG、PDF、SVG、窗口系统）。PyCairo 是 Cairo 的 Python 绑定，允许通过 Python 代码实现高质量的图形绘制。

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二、安装 PyCairo

# 通过 pip 安装（注意包名可能是 pycairo 或 cairo）
pip install pycairo

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三、基础概念与核心类

1. Surface（表面）
   表示绘图的目标介质（如内存、文件、窗口）。常见类型：

   • ImageSurface: 位图图像（如PNG）
   • PDFSurface: PDF 文件
   • SVGSurface: SVG 矢量图

2. Context（上下文）
   控制绘图操作的核心对象，管理路径、颜色、变换等绘图状态。

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四、基础绘图方法

示例1：绘制简单图形（PNG）

import cairo

# 1. 创建 Surface 和 Context
width, height = 400, 300
surface = cairo.ImageSurface(cairo.Format.ARGB32, width, height)
ctx = cairo.Context(surface)

# 2. 设置背景色
ctx.set_source_rgb(0.9, 0.9, 0.9)  # RGB 范围 0~1
ctx.paint()  # 填充整个表面

# 3. 绘制红色矩形
ctx.set_source_rgb(1, 0, 0)         # 红色
ctx.rectangle(50, 50, 100, 80)      # (x, y, width, height)
ctx.fill()                          # 填充形状

# 4. 绘制蓝色边框圆形
ctx.arc(250, 150, 40, 0, 2 * 3.14159)  # (x, y, radius, start_angle, end_angle)
ctx.set_source_rgb(0, 0, 1)            # 蓝色
ctx.set_line_width(3)                  # 线宽
ctx.stroke()                           # 描边路径

# 5. 保存为 PNG
surface.write_to_png("basic_shapes.png")

注释说明：

• set_source_rgb(): 设置绘图颜色（RGB值）。
• rectangle() 和 arc(): 定义路径形状。
• fill() 和 stroke(): 分别表示填充路径和绘制路径边框。
• write_to_png(): 将结果保存为PNG文件。

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五、高级特性

1. 坐标变换

# 平移、旋转、缩放示例
ctx.save()                  # 保存当前状态
ctx.translate(200, 150)     # 移动原点至 (200,150)
ctx.rotate(0.25 * 3.14159)  # 旋转45度（弧度制）
ctx.scale(2, 2)             # 缩放2倍
ctx.rectangle(-20, -20, 40, 40)  # 绘制正方形
ctx.set_source_rgb(0, 1, 0)
ctx.fill()
ctx.restore()               # 恢复之前保存的状态

2. 渐变填充

# 线性渐变
linear = cairo.LinearGradient(0, 0, 300, 300)
linear.add_color_stop_rgba(0, 1, 0, 0, 1)    # 起点红色
linear.add_color_stop_rgba(1, 0, 0, 1, 0.5)  # 终点半透明蓝色
ctx.set_source(linear)
ctx.rectangle(50, 50, 200, 200)
ctx.fill()

3. 路径操作与曲线

# 绘制贝塞尔曲线
ctx.move_to(50, 200)                # 起点
ctx.curve_to(100, 50, 200, 350, 350, 200)  # 控制点1, 控制点2, 终点
ctx.set_source_rgb(0.5, 0, 0.5)
ctx.set_line_width(4)
ctx.stroke()

4. 文本渲染

# 设置字体并绘制文本
ctx.select_font_face("Arial", cairo.FONT_SLANT_NORMAL, cairo.FONT_WEIGHT_BOLD)
ctx.set_font_size(30)
ctx.move_to(50, 100)
ctx.set_source_rgb(0, 0, 0)
ctx.show_text("Hello Cairo!")  # 绘制文本

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六、综合案例：绘制复杂图形

import cairo

# 初始化
surface = cairo.ImageSurface(cairo.Format.ARGB32, 600, 400)
ctx = cairo.Context(surface)
ctx.set_source_rgb(1, 1, 1)
ctx.paint()

# 绘制渐变背景
gradient = cairo.RadialGradient(300, 200, 10, 300, 200, 300)
gradient.add_color_stop_rgba(0, 0.8, 0.8, 1, 1)
gradient.add_color_stop_rgba(1, 0.2, 0.2, 0.5, 1)
ctx.set_source(gradient)
ctx.rectangle(0, 0, 600, 400)
ctx.fill()

# 绘制旋转矩形
ctx.save()
ctx.translate(300, 200)
for i in range(12):
    ctx.rotate(3.14159 / 6)  # 每次旋转30度
    ctx.set_source_rgba(0, 0.5, 0, 0.5)
    ctx.rectangle(-30, -30, 60, 60)
    ctx.fill()
ctx.restore()

# 保存结果
surface.write_to_png("advanced_demo.png")

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七、关键注意事项

1. 坐标系：原点 (0,0) 在左上角，x向右增长，y向下增长。
2. 路径操作：所有路径需通过 fill() 或 stroke() 才会生效。
3. 状态堆栈：save() 和 restore() 用于管理绘图状态（如颜色、变换）。

通过结合基础方法和高级特性，Cairo 能实现复杂的矢量图形绘制。建议参考 Cairo官方文档 深入探索更多功能。