C#（Sharp）GDI plus与图形编程（计算机图形学必备知识）

---

9.1 GDI+与图形编程

9.1.0 GDI概念

GDI是Graphics Device Interface的缩写，含义是图形设备接口，它的主要任务是负责系统与绘图程序之间的信息交换，处理所有Windows程序的图形输出。

在Windows操作系统下，绝大多数具备图形界面的应用程序都离不开GDI，我们利用GDI所提供的众多函数就可以方便的在屏幕、打印机及其它输出设备上输出图形、文本等。GDI的出现使程序员无需要关心硬件设备及设备驱动，就可以将应用程序的输出转化为硬件设备上的输出，实现了程序开发者与硬件设备的隔离，大大方便了开发工作。

GDI+是新一代的二维图形接口，它完全面向对象。GDI+提供了多种画笔、画刷、图像等图形对象，此外还包括一些新的绘图功能，如Alpha混色、渐变色、纹理、消除锯齿以及使用包括位图在内的多种图像格式。如果要设计.NET Franework图形应用程序，就必须使用GDI+。

9.1.1 GDI+绘图命名空间

1.GDI+

GDI+是GDI的改进产品，是.NET Framework的绘图技术，可将应用程序和绘图硬件分离，让我们能够编写与设备无关的应用程序。我们可以调用GDI+类所提供的方法，然后这些方法会适当地调用特定的设备驱动程序，完成绘图。

2.GDI+绘图命名空间

用户所使用的GDI+函数都保存在System.Drawing.dll程序集中。在C#的图形编程中，最常使用的命名空间是System.Drawing ，该命名空间提供了对GDI+基本图形功能的访问，其中一些子命名空间提供了更高级的功能。

System.Drawing命名空间中的常用类：

9.1.2 坐标系统

在绘图过程中，经常会遇到坐标系的问题。窗体、控件都包含坐标，通常的情况是二维图形绘制，即具有X和Y坐标。默认情况下，X坐标代表从绘图区左边边缘（Left）到某一点的距离，Y坐标代表从绘图区上边边缘（Top）到某一点的距离。

（1）坐标原点：在窗体或控件的左上角，坐标为（0，0）。
（2）正方向：X轴正方向为水平向右，Y轴正方向为垂直向下。
（3） 单位：在设置时，一般以像素为单位，像素是用来计算数码影像的一种单位。对显示器而言，像素是指屏幕上的亮点，即显示器能分辨的最少单元。每个像素都有一个坐标点与之对应。

9.1.3 Graphics类

使用GDI+创建图形图像时，首先需要画板，即在哪里画图。Graphics类封装了一个GDI+绘图界面，提供将对象绘制到显示设备的方法。在C#中可以通过Graphics类创建图形对象，即创建了画板。

Graphics类不能直接实例化。创建图形对象的方法有3种：

（1） 利用窗体或控件的Paint事件的参数PaintEventArgs

当响应窗体或控件的Paint事件时，传回的事件参数PaintEventArgs中包含着窗体或控件的Graphics对象，可以在其上进行绘图工作。

private void Form1_Paint(object sender,   PaintEventArgs e)
    {
     
       Graphics g = e.Graphics;   
             //声明一个Graphics对象g
    }

（2） 使用窗体或控件的CreateGraphics方法

窗体或控件都有一个CreateGraphics方法，通过该方法可以在程序中生成此窗体或控件的Graphics对象，这种方法一般用于对象已经存在的情况下。

Graphics g;
g = this.CreateGraphics();

（3）使用Iamge的派生类创建Graphics对象

使用Image的任何派生类均可以生成相应的Graphics对象。这种方法一般适用于在C#中对图像进行处理的场合，如：

Bitmap b = new Bitmap("mybmp.bmp");
Graphics g = Graphics.FromImage(b);

9.2 绘图工具类

有了画板，总得有绘图工具。绘图工具有多种，如铅笔用来画线条，画刷用于封闭图形的填充。.在C#中可以用Pen、Brush、Color类实现画线条、填充和选用颜料等功能。

9.2.1 Pen类

Pen类可以设置笔的颜色，线条的粗细和线条的样式（实线、虚线）等。笔是绘图的工具，Graphics对象是绘图的场所，这样，就可以在允许的界面上绘制各种图形。

1. Pen对象的创建

Pen类的构造函数有4个，使用方法如下：

（1）创建某一颜色的Pen对象

  Public Pen（Color）

（2）创建某一刷子样式的Pen对象

  Public Pen（Brush）

（3）创建某一刷子样式并具有相应宽度的的Pen对象

  Public Pen（Brush，float）

（4）创建某一颜色和相应宽度的Pen对象

Public Pen（Color，float）

【例9-1】使用图形与画笔类直接在窗体上绘制各种基本形状。

9.2.2 常用图形的绘制方法

1.画直线

画直线可以使用Graphics的DrawLine方法，该方法主要有如下两种格式。

格式1:

public void DrawLine(Pen pen,int x1,int y1,int x2,int y2);

功能：在由（x1，y1）和（x2，y2）指定的点之间画一条直线。

说明：参数pen为画笔，参数x1和y1为所画直线起始点的横坐标和纵坐标，参数x2和y2为所画直线终点的横坐标和纵坐标。

格式2:

public void DrawLine(Pen pen,Point pt1,Point pt2);

功能：在pt1和pt2指定的两个点之间画一条直线。

说明：参数pen为画笔，参数pt1是Point结构的数据，表示所画直线的起始点，参数pt2也是Point结构的数据，表示所画直线的终点。

例如：

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
     
        Graphics g = this.CreateGraphics();       //生成图形对象
        Pen p = new Pen(Color.Blue,5);       //生成画笔，蓝色，5个像素
        g.DrawLine(p, 1,1,30,30);                 //画线
        Point pt1=new Point(1,30);               //生成起点
        Point pt2=new Point(30,1);              //生成终点
        g.DrawLine(p, pt1, pt2);               //画线
        p.Dispose();                          //释放资源
        g.Dispose();                       
 }

执行上述代码，窗体上将画出两条交叉的直线。

2.画矩形

画矩形可以使用Graphics的DrawRectangle方法，该方法主要有如下两种格式。

格式1 ：

 public void DrawRectangle(Pen pen,int x1,int y1,int width,int height);

功能：绘制一个由左上角坐标、宽度和高度指定的矩形。

说明：参数pen为画笔，参数x和y为所画矩形左上角的横坐标和纵坐标，参数width和height为所画矩形的宽度和高度。

格式2:

public void DrawRectangle(Pen pen,Rectangle rect);

功能：绘制一个矩形。

说明：参数pen为画笔，参数rect为要绘制矩形的Rectangle结构。

例如：

   private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
     
        Graphics g = this.CreateGraphics();  // 生成图形对象
        Pen p = new Pen(Color.Blue,2);  //生成画笔
        g.DrawRectangle(p, 5, 5,80, 40);  //画矩形
        Rectangle rect = new Rectangle(85, 15, 140, 50);  
                                              //生成矩形边界   
        g.DrawRectangle(p, rect);        //画矩形
        p.Dispose();
        g.Dispose();
    }

执行上述代码，窗体上将画出2个矩形。

3.画椭圆

使用Graphics对象的DrawEllipse方法可以绘制椭圆或圆，绘制椭圆的常用格式如下。

格式1:

public void DrawEllipse(Pen pen,int x1,int y1,int width,int height);

功能：绘制一个由由边框（该边框由一对坐标、高度和宽度指定）定义的椭圆。

说明：参数pen为画笔，参数x和y分别定义椭圆外接边框的左上角的横坐标和纵坐标，参数width定义椭圆的边框的宽度，参数height定义椭圆的边框的高度。当高度和宽度相同时，画出的是圆。

格式2:

public void DrawEllipse(Pen pen,Rectangle rect);

功能：绘制边界由rect指定的椭圆。

说明：参数pen为画笔，参数rect为Rectangle结构型数据，它定义了椭圆的外接矩形。

例如：

   private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
     
        Graphics g = this.CreateGraphics();  // 生成图形对象
        Pen p = new Pen(Color.Blue,2);   //生成画笔
        g.DrawEllipse(p, 1, 1,80, 40);   //画椭圆
        Rectangle rect = new Rectangle(85, 1, 165, 40); 
                                                           //生成矩形边界   
        g.DrawEllipse(p, rect);       //画椭圆
        p.Dispose();
        g.Dispose();
    }

9.2.3 Brush 类

 Brush类（画刷），用于填充图形。该类是一个抽象基类，不能直接实例化，可以通过派生类设置笔刷的样式、颜色及线条的粗细。这里所谓的区域即在什么范围内使用笔刷。

【例9-2】在窗体上为各种形状填充不同的颜色。 本例的目标是使用图形与画刷类为窗体上绘制的基本形状填充颜色。

9.3 绘制相关图形

9.3.1 绘制曲线

 对于基本形状的绘制，我们可以从图形类中提供的方法中找到解决方案，如三角形为三条相互相连的直线，心形为几个半圆形组合，关键问题是找准其中的连接点位置。但一些数学曲线的处理就比较繁琐，不是标准的形状组合，需要两点一线逐一绘制，下面以一些常用曲线及图表为例进行介绍。

【例9-3】绘制正弦曲线y=sin(x)。

本例的目标是掌握绘制曲线的基本要领。可以在任意窗体或控件上找到各相关点，计算绘制曲线，以正弦曲线为例，首先应找到坐标原点，然后找到每一个曲线上对应点的坐标，在两点之间画一条直线，如此反复直到曲线终点

【例9-4】按百分比绘制饼图。

本实例的目标是掌握绘制统计图形的基本要领。饼图可以直接使用类库中的方法填充图形，不同之处在于统计类图形需和数据关联，如何获取数据并按不同数据绘制不同比例的饼图是实现的关键。