Java 2D API - 1. 基本概念

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java 2D API - 1. 基本概念相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

 

Java 2D API扩展AWT包，对二维图形、文本及成像功能提供了支持，可用于开发复杂的界面、绘图软件和图像编辑器。Java 2D对象位于用户坐标空间(User coordinate space)，当对象呈现在屏幕或打印机，用户空间坐标转换为设备空间坐标(device space coordinate)。下面两个类对 Java 2D API十分重要：

  • Graphics
  • Graphics2D

 

Java 2D API提供了如下功能：

  • 为显示设备和打印机等提供了统一的渲染模型；
  • 提供了大量的几何图元(geometric primitive)，如曲线(curves)、方形(rectangle)、椭圆(ellipse)，并包含几乎可生成任何几何图形的机制；
  • 图形、文本和图像的hit detection 机制；
  • 用于重叠图像对象渲染的混合模型；
  • 增强颜色支持；
  • 打印复杂的文档；
  • 渲染的质量控制。

 

1. 坐标系

Java 2D API 包含两套坐标空间：

  • 用户空间(User space)  - 绘制图形区域坐标系统
  • 设备空间(Device space)  - 输出设备如屏幕、窗口或打印机的坐标系统

 

用户空间是编程时所使用的坐标空间，该坐标体系是一个与设备无关的逻辑坐标系统。

用户空间坐标的原点在左上角，x坐标向右递增，y向下递增，如下图所示。所有的坐标以整数指定(大多时候使用整数就足够了，也提供了float和double支持)。

clip_image001[4]

 

设备空间与具体设备相关，虽然屏幕坐标系统和打印机的坐标系统相差很大，但是对Java程序没有任何影响，编程时完全不用考虑。

 

2.  Java 2D 渲染

Java 2D API为不同设备提供了统一的渲染模型，不管目标设备是打印机还是屏幕，渲染过程在API层次都是一样的。当需要显示某个组件，其paint() 或update() 方法都能以配置合适的Graphics 调用。

 

Graphics属性：

  • Color: 当前绘制颜色(java.awt.Color)。所有的绘制，着色和纯文本输出都将以指定的颜色显示；
  • Font：当前字体(java.awt.Font)。用于所有纯文本输出的字体。
  • Clip：java.awt.Shape类型，用于定义几何形状。该特性定义进行绘制的区域。通常这一形状与整个图形环境相同，但也不一定如此。
  • ClipBounds：java.awt.Rectangle对象，表示包围Clip属性所需的Shape类型的最小矩形。只读属性。
  • FontMetrics：java.awt.FontMetrics只读特性。该对象包含关于图形环境中当前起作用的Font的信息。获取该信息的机制被LineMetrics类取代。
  • Paint Mode：该特性控制环境使用当前颜色的方式。

 

Graphics2D类扩展Graphics类，提供了更多的图形绘制功能。包括：

  • stroke 和 paint属性(draw方法)，用于渲染几何图元的边框；
  • paint 属性 (fill方法)，使用特定颜色或图案填充图形；
  • font 属性，(drawString方法)渲染文本，通过font属性将字符串转换为字形(glyph)，然后通过paint属性填充颜色或图形；
  • 渲染图像(drawImage方法)。

另外，Graphics2D还包含Graphics的方法，如drawOval, fillRect。

 

以上所有方法可以分为两类：

  1. 绘制图形的方法
  2. 渲染图形的方法

 

第二类方法通过设置 Graphics2D 的属性值实现以下渲染功能：

  • 改变笔画宽度
  • 改变笔画之间的连接方式
  • 指定需要渲染的区域
  • 对图形进行平移、旋转、缩放等
  • 设置图形填充的颜色和图案
  • 设置多个图形组合的方式

 

要使用Graphics2D的功能，需要对 Graphics 进行强制转换：

publicvoid paint(Graphics g){

Graphics2D g2 = (Graphics2D) g;

……

}

 

下面以具体图形展示 Graphics2D 的不同特性：

clip_image002[4]

pen属性，应用于图形边框。该stroke属性允许以任意的点尺寸(point size)、虚线模式(dashing pattern) 、末端链接方式绘制线条。

clip_image003[4]

fill属性，用于图形内部。该paint属性支持以纯色、渐变色或图纹等不同方式填充图形。

clip_image004[4]

compositing属性，用于重合对象的渲染、

clip_image005[4]

transform属性，将渲染对象从用户空间转换为设备空间时应用的属性。包括平移、渲染、缩放等。

clip_image006[4]

clip属性，通过Shape对象指定需要渲染区域的。

clip_image007[4]

font属性，将文本转换为字形(glyphs)。

clip_image008[4]

渲染建议(Rendering hints)，在渲染的速度和质量间进行取舍。例如，你可以指定是否使用反锯齿(antialiasing)。

 

3. 几何图形

Java 2D API提供了点、线、矩形、弧线、椭圆、曲线等一套标准的几何图形。这些基本图形都定义在 java.awt.gemo包中。任何其他的形状都可以通过这些基本图形进行组合获得。

 

Shape 接口表示一个几何图形，包含边框和内部区域。该接口定义的方法功能包括：描述和检查二维几何对象，支持曲线片段和图形子片段，而Graphics类只支持直线片段。

 

下面是对java.awt.geom 包中各个类的简介。

(AffineTransform, Arc2D, Area, CubicCurve, Dimension2D, Ellipse2D, FlatteningPathIterator, GeneralPath, Line2D, Path2D, QuadCurve, Rectangle2D, RectangularShape, RoundRectangle2D)

clip_image009[4]

 

黄色部分是遗留类。

 

3.1 Points

Point2D 类定义了一个 (x,y) 坐标空间的点。在Java 2D API中 "point"不等价于 pixel。"point" 没有面积，不包含颜色，并且不能被渲染。

Points 用于创建其他的图形。 Point2D中包含一个计算两点之间距离的方法。

 

3.2 Lines

Line2D 是用于表示“线”的抽象类。线的坐标可以用 double 表示。Line2D类包含多个用于设置“线”终点的方法。也可以使用GeneralPath 类创建直线。

 

3.3 Rectangular Shapes

Rectangle2D, RoundRectangle2D, Arc2D和Ellipse2D 图元都扩展自 RectangularShape 类，该类实现了Shape接口。

clip_image010[4]

 

3.4 Quadratic and Cubic Curves (二次和三次曲线)

QuadCurve2D 用于创建二次曲线。二次曲线通过两个端点和一个控制点定义。

CubicCurve2D 类用于创建三次曲线。三次曲线通过两个端点和两个控制点定义。

二次曲线

clip_image011[4]

三次曲线

clip_image012[4]

 

3.5 Arbitrary Shapes

GeneralPath类可用于创建任意形状。该类通过指定图形的边框创建任意形状。如，下图用三条直线和一条三次曲线创建曲线：

clip_image013[4]

 

3.6 Areas

通过Area类，可以对两个Shape 对象执行布尔操作，如(合并、交叉、相减)。该技术，也被称为区域几何学(Constructive area geometry)，可用来迅速创建复杂的图形。

 

4. 文本(Text)

Java 2D API包含许多文本渲染功能，如字符串渲染，字体设置以及文本布局。

绘制静态字符串方法：调用Graphics 类的 drawString方法。通过Graphics 的 setFont方法指定字体。

 

如果你需要实现自己的文本编辑程序，或需要更好的控制文本的布局，则可以使用 java.awt.font包中的类。

 

4.1 字体(Fonts)

字体中字符的形状的表示称为字形(glyph)。单个字符或多个字符可能以一个或多个glyph表示。例如， á可能以两个glyph表示，而连字fi则可能以一个glyph表示。

 

可以将字体(font)看做是一个glyph集合。一个字体可以包含多个属性(faces)，如斜体(italic)、常规(regular)和加粗等，单个字体的不同faces具有类似的排版特性，因此可以看做是同一字体的成员。换句话说，特定风格的字形(glyph)集合构成一个font face；font face集合构成一个font family；font family集合构成一个计算机上可用的所有字体。

 

Java 2D API通过Font实例指定字体。通过如下方法可以获得当前系统所有可用字体：

GraphicsEnvironment ge = GraphicsEnvironment.getLocalGraphicsEnvironment();

String[] fonts = ge.getAvailableFontFamilyNames();

for (String s : fonts) {

System.out.println(s);

}

 

4.2 文本布局(Text Layout)

在显示文本前，必须对其进行排版，以合适的字形显示对应的字符。下面是Java 2D 管理文本布局的两种机制：