go语言系列--输出正弦函数

Posted 2022-04-11 zisefeizhu

实验所用到的标准库和包

库与包之间的理解可以类比成：数据库种的库和表

库名	作用	链接
image	常见图形格式的访问及生成
log	日志记录库
math	数学库
os	操作系统平台不依赖平台操作封装

实验全部代码

package main
import (
    "image"
    "image/color"
    "image/png"
    "log"
    "math"
    "os"
)
func main() 
    // 图片大小
    const size = 300
    // 根据给定大小创建灰度图
    pic := image.NewGray(image.Rect(0, 0, size, size))
    // 遍历每个像素
    for x := 0; x < size; x++ 
        for y := 0; y < size; y++ 
            // 填充为白色
            pic.SetGray(x, y, color.Gray255)
        
    
    // 从0到最大像素生成x坐标
    for x := 0; x < size; x++ 
        // 让sin的值的范围在0~2Pi之间
        s := float64(x) * 2 * math.Pi / size
        // sin的幅度为一半的像素。向下偏移一半像素并翻转
        y := size/2 - math.Sin(s)*size/2
        // 用黑色绘制sin轨迹
        pic.SetGray(x, int(y), color.Gray0)
    
    // 创建文件
    file, err := os.Create("sin.png")
    if err != nil 
        log.Fatal(err)
    
    // 使用png格式将数据写入文件
    png.Encode(file, pic) //将image信息写入文件中
    // 关闭文件
    file.Close()

实验结果截图：

实验详解：

设置图片背景色

 1 // 图片大小
 2 const size = 300
 3 // 根据给定大小创建灰度图
 4 pic := image.NewGray(image.Rect(0, 0, size, size))
 5 // 遍历每个像素
 6 for x := 0; x < size; x++ 
 7     for y := 0; y < size; y++ 
 8         // 填充为白色
 9         pic.SetGray(x, y, color.Gray255)
10     
11 

代码说明：

• 第 2 行，声明一个 size 常量，值为 300。
• 第 5 行，使用 image 包的 NewGray() 函数创建一个图片对象，使用区域由 image.Rect 结构提供。image.Rect 描述一个方形的两个定位点 (x1,y1) 和 (x2,y2)。image.Rect(0,0,size,size) 表示使用完整灰度图像素，尺寸为宽 300，长 300。
• 第 8 行和第 9 行，遍历灰度图的所有像素。
• 第 11 行，将每一个像素的灰度设为 255，也就是白色

注：灰度图是一种常见的图片格式，一般情况下颜色由 8 位组成，灰度范围为 0～255，0 表示黑色，255 表示白色。初始化好的灰度图对象内存区域默认值都是 0，对应全是黑色，考虑到显示效果和习惯，将所有像素设置为 255，也就是白色。

绘制正弦函数轨迹

正弦函数是一个周期函数。定义域是实数集，值域范围是 [-1, 1]。用编程的通俗易懂的话来说就是：math.Sin 函数的参数支持任意浮点数范围，函数返回值的范围总是在 -1～1之间（两端包含）。
要将正弦函数放在图片上需要考虑以下一些因素：

• math.Sin 的返回值在 -1～1 之间。需要考虑将正弦的输出幅度变大，可以将 math.Sin 的返回值乘以一个常量进行放大。
• 图片的坐标系原点在左上角，而 math.Sin 基于笛卡尔坐标系原点在左下角。需要对图像进行上下翻转和平移。

将这些处理逻辑汇总为代码：

1 // 从0到最大像素生成x坐标
2 for x := 0; x < size; x++ 
3     // 让sin的值的范围在0~2Pi之间
4     s := float64(x) * 2 * math.Pi / size
5     // sin的幅度为一半的像素。向下偏移一半像素并翻转
6     y := size/2 - math.Sin(s)*size/2
7     // 用黑色绘制sin轨迹
8     pic.SetGray(x, int(y), color.Gray0)
9 

代码说明：

• 第 2 行，生成 0 到 size（300）的 x 坐标轴。
• 第 4 行，计算 math.Sin 的定义域，这段代码等效为：

　　　　rate := x / size
　　　　s := rate * 2 * math.Pi

　　　　　x 的范围是 0 到 size，因此除以 size 后，rate 的范围是 0～1 之间，再乘以 2π 后，s 的范围刚好是 0～2π 之间。float64(x) 表示将整型的 x 变量转换为 float64 类型，之后运算的所有表达式将以 float64 类型进行。

• 第6行中，math.Sin(s)*size/2 表示将正弦函数的返回值幅度从 1 扩大到二分之一的 size。负号表示将正弦函数图形以图形中心上下翻转。叠加 size/2 表示将图形在 y 轴上向下偏移二分之一的 size（图片坐标系的 y 向下）。
•  第8行将计算好的 x 轴和 y 轴数据，以灰度为 0（黑色）使用 SetGray() 方法填充到像素中。　　　　

写入图片的正弦函数图像如下图所示：

写入图片文件

内存中的正弦函数图形是不可见的，我们选用 PNG 格式将图形输出为文件。Go 语言提供了文件创建函数和 PNG 格式写入函数，代码如下：

1 // 创建文件
2 file, err := os.Create("sin.png")
3 if err != nil 
4     log.Fatal(err)
5 
6 // 使用PNG格式将数据写入文件
7 png.Encode(file, pic)  //将image信息写入文件中
8 // 关闭文件
9 file.Close()

代码说明：

• 第 2 行，创建 sin.png 的文件。
• 第 3行，如果创建文件失败，返回错误，打印错误并终止。
• 第 7 行，使用 PNG 包，将图形对象写入文件中。
• 第 9 行，关闭文件。