Java的绘图世界--Java 2D

一、简介

Java 2D API是JFC （Java Fundation Classes）的一员，加强了传统AWT（ Abstract Windowing Toolkit ）的描绘功能。在 JDK1.2中已经支援 Java 2D 的使用。透过Java 2D API ，Programmer 可以轻松地描绘出任意的几何图形、运用不同的填色效果、对图形做旋转（ rotate）、缩放（ scale）、扭曲（ shear）等。如图一所示，Programmer 透过2D API所提供的功能，简单地利用不同类型的线或是填色效果绘出统计图，以区分出不同的资料。当然， 2D API还有许多增强AWT能力的部分，像是处理影像档案可以有不同的滤镜（filter）效果、对於任意的几何图形亦能做碰撞侦测（hit detection）、图形重叠混色计算（composite）等功能。文中将会对这些技术做概略性地介绍。

二、Java 2D API Packages

JDK1.2中关於2D API的Packages如下所述：

2.1 java.awt

java.awt包含了一些新增的2D API 类别（classes）和介面（interfaces ）。其中 Graphics2D继承自 java.awt.Graphics ，是描绘2D图形的物件（object）。如同前版本的JDK所使用的绘图模式一样，当有物件　要被描绘时，paint或是update method会自动根据适当的 Graphics Context 来做绘图的工作。所谓的Graphics Context是与 Graphics Object相关状态属性（state attribute）的集合。在Graphics2D中新增了许多状态属性，像是Stroke、 Paint、Clip、 Transform等。

2.2 java.awt.geom

java.awt.geom 则包含可以勾勒任何形状的 GeneralPath类别。它可以由许多不同种类的subpath构成，像是lines和 quadratic curves 等。为了兼顾方便性，此package中更定义了许多基本几何图形，包括Arc2D 、CubicCurve2D、 Line2D等。这些类别都有两种型态，分别是Float precision与Double precision。此外，还有一种特别的图形类别：Area，它支援Constructive Area Geometry（ CGA）。CGA是对既有图形物件做布林运算（Boolean Operation）而产生新图形物件的过程。如图二所示， Areas支援联集（ union）、交集（ intersection）、差集（subtraction ）、Exclusive OR （XOR）等布林运算。最後， AffineTransform 类别则提供图形物件做Scale、Shear 、Rotate等座标上的转换。

2.3 java.awt.font

java.awt.font 中定义了 TextLayout类别，负责建构text shape、执行适当的 text operations，如碰撞侦测与打光 (highlighting)等，以及决定text的适当位置与顺序。

2.4 java.awt.image

Java 2D API支援三种影像模式。包括 producer/consumer (push) model、 immediatemode model和 pipeine(pull) model。Push model 在前版本的JDK中支援。而Pull model 则在即将出现的 Java Advanced Imaging AP中会支援。於此，我们只探讨JDK1.2中出现的Immediate mode imaging model。在此model下， Programmer可以透过2D API对image data（ BufferedImage or Raster）做滤镜的效果。在Package java.awt.image中，immediate mode imaging APIs 可以被归为六大类： interfaces、image data classes、 image operation classes、sample model classes、 color model classes和 exceptions。其中 operation classes 即定义了许多 filter ，包括了 AffinTransformOp 、BandCombineOp、 ColorConvertOp、 ConvolveOp、 LookupOp、 RescaleOp等。透过以上所提之滤镜，可以做到 geometrically transform、blur、 sharpen、enhance contrast、 threshold和color correct images等效果。如图三所示，source image经过filter，产生出新的图形。

2.5 java.awt.color

Package java.awt.color定义了class ColorSpace。此 class提供 Programmer转换色盘的method。

2.6 java.awt.print

Java Printing API提供Programmer 列印AWT和Java 2D graphics(composit ed graphics和 images)的method。并可让User设定 print的属性，如双面列印等。

三、Java 2D Programming初步

　解了Java 2D API 各相关的package资讯之後，可以进一步地实做一些简单的Applications来体认2D的美妙。在那之前，我们先学习一些基本的2D programming codes 。

3.1基本步骤

绘图的第一个步骤是产生 Graphics2D Object 。 接著是设定你所　要的状态属性。例如你想要对一物件做渐层式的填色，可以设定属性 Paint为 GradientPaint。最後再呼叫 Graphics2D所提供的redering method ，fill或是draw，完成整个绘图的程序。以下即是此基本步骤的范例程式码：

import java.awt.*; import java.awt.geom.*; public void paint(Graphics g) { Ellipse2D.Float shape; GradientPaint gp; // create a Graphics2D Graphics2D g2 = (Graphics2D) g ; // create a Ellipse2D (x,y,w,h) shape = new Ellipse2D.Float (200,200,60,60); // create a Cyclic GradientPaint // (x1,y1,color1,x2,y2,color2, boolean cyclic) gp = new GradientPaint (180,190,Color.yellow,220,210,Color.red,true); g2.setPaint(gp); g2.fill(shape); }

3.2 如何画线

在jdk尚未支援 2D图形之前， Programmer只可以画出直的、相同粗细的线条。现在，我们就教您如何透过2D API绘出不同粗细的线条及圆滑的曲线。在package java.awt.geom中提供了Line2D、 QuadCurve2D及 CubicCurve2D等 classes，让 Programmer轻松地绘出想要的线条。范例程式码如下所示：

import java.awt.geom.*; … Line2D.Float line; CubicCurve2D.Float cubic; // create a Line2D line = new Line2D.Float(20,390,200,390); // create a CubicCurve2D,比直线多了两个控制点 cubic = new CubicCurve2D.Float(70,100,120,50,170,270,220,100); // 设定描绘的粗细 g2. setStroke(new BasicStroke(2.0f)); g2.setColor(Color.blue); g2.draw(line); line = new Line2D.Float(30,400,250,400); // 设定描绘的粗细 g2. setStroke(new BasicStroke(5.0f)); g2.draw(line);

3.3显示字串

透过Java 2D， Programmer可以显示更细致的文字。如范例程式码的效果：显示出外边为淡蓝色的字串 " Font Test "。

import java.awt.font.*; … Shape sha; FontRenderContext frc =g2.getFontRenderContext(); TextLayout tl = new TextLayout("Font Test",new Font("Modern", Font.BOLD+Font.ITALIC,20),frc); sha=tl.getOutline(AffineTransform.getTranslateInstance(50,380)); g2.setColor(Color.blue); g2.setStroke(new BasicStroke(2.0f)); g2.draw(sha); g2.setColor(Color.white); g2.fill(sha);

3.4图档处理

之前，若希望图形有滤镜的效果，必须透过可以处理图形的绘图软体来帮忙。在2D API中则提供了一些简单的method，使得 Programmer可以直接用程式码来对图形作滤镜效果的控制。下面即介绍其中一种效果。范例程式码如下所示：

float[] elements = {0.0f, -1.0f, 0.0f,-1.0f, 4.f, -1.0f,0.0f, -1.0f, 0.0f}; Image img = Toolkit.getDefaultToolkit().getImage("boat.gif"); int w = img.getWidth(this); int h = img.getHeight(this); BufferedImage bi = new BufferedImage(w,h,BufferedImage.TYPE_INT_RGB); Graphics2D big = bi.createGraphics(); big.drawImage(img,0,0,this); BufferedImageOp biop = null; AffineTransform at = new AffineTransform(); BufferedImage bimg = new BufferedImage(img.getWidth(this),img.getHeight(this), BufferedImage.TYPE_INT_RGB); Kernel kernel = new Kernel(3,3,elements); ConvolveOp cop = new ConvolveOp(kernel,ConvolveOp.EDGE_NO_OP,null); cop.filter(bi,bimg); biop = newAffineTransformOp(at,AffineTransformOp.TYPE_NEAREST_NEIGHBOR); g2 = (Graphics2D)this.getGraphics(); g2.drawImage(bimg,biop,0,0);