第十九章Java绘图
要开发高级应用程序，就必须掌握一定的图像处理技术。Java绘图是Java程序开发不可缺少的技术，使用这些技术可以为程序提供数据统计、图表分析等功能，还可以为程序搭配音效，提高程序的交互能力。
19.1 Java绘图类
绘图是高级程序设计中非常重要的技术。例如，应用程序可以绘制闪屏图片、背景图片、组件外观等，Web程序可以绘制统计图、数据库存储的图片资源等。正所谓“一图胜千言”，使用图片能够更好地表达程序运行结果，并且能够进行细致的数据分析与保存等。
19.1.1 Graphics类
Graphics类是所有图形上下文的抽象基类，它允许应用程序在组件以及闭屏图像上进行绘制。Graphics类封装了Java支持的基本绘图操作所需的状态信息，主要包括颜色、字体、画笔、文本、图像等。
Graphics类提供了绘图常用的方法，利用这些方法可以实现直线、矩形、多边形、椭圆、圆弧等形状和文本、图片的绘制操作。另外，在执行这些操作之前，还可以使用相应的方法设置绘图的颜色和字体等状态属性。
19.1.2 Graphics2D类
使用Graphics类可以完成简单的图形绘制任务，但是它所实现的功能非常有限，如无法改变线条的粗细、不能对图片使用旋转和模糊等过滤效果。
Graphics2D类继承Graphics类，实现了功能更加强大的绘图操作的集合。由于Graphics2D类是Graphics类的扩展，也是推荐使用的Java绘图类
说明
Graphics2D是推荐使用的绘图类，但是程序设计中提供的绘图对象大多是Graphics类的实例对象，这时应该使用强制类型转换将其转换为Graphics2D类型。例如：
19.2 绘制图形
Java可以分别使用Graphics类和Graphics2D类绘制图形，Graphics类使用不同的方法实现不同图形的绘制。例如，drawLine()方法可以绘制直线，drawRect()方法用于绘制矩形，drawOval()方法用于绘制椭圆形等。
【例19.1】绘制奥运五环图案
package Package19;
import java.awt.Graphics;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class DrawCircle extends JFrame {
private final int OVAL_WIDTH = 80;//圆形宽
private final int OVAL_HEIGHT = 80;//圆形高
public DrawCircle() {
initialize();//调用初始化方法
}
private void initialize() {//初始花方法
setSize(300,200);//设置窗体大小
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
setContentPane(new DrawPanel());//是指窗体面板为绘图对象
setTitle("绘制实例1");//设置窗体标题
}
class DrawPanel extends JPanel {//创建绘图面板
public void paint(Graphics g) {//重写绘制方法
g.drawOval(10,10,OVAL_WIDTH,OVAL_HEIGHT);//绘制1个圆形
g.drawOval(80,10,OVAL_WIDTH,OVAL_HEIGHT);//绘制2个圆形
g.drawOval(150,10,OVAL_WIDTH,OVAL_HEIGHT);//绘制3个圆形
g.drawOval(50,70,OVAL_WIDTH,OVAL_HEIGHT);//绘制4个圆形
g.drawOval(120,70,OVAL_WIDTH,OVAL_HEIGHT);//绘制5个圆形
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new DrawCircle().setVisible(true);
}
}
结果：
Graphics类常用的图形绘制方法：
Graphics2D类是在继承Graphics类的基础上编写的，它包含了Graphics类的绘图方法并添加了更强的功能，在创建绘图类时推荐使用该类。Graphics2D类可以分别使用不同的类来表示不同的形状，如Line2D类、Rectangle2D类等。
要绘制指定形状的图形，需要先创建并初始化该图形类的对象，且这些图形类必须是Shape接口的实现类；然后使用Graphics2D类的draw()方法绘制该图形对象，或者使用fill()方法填充该图形对象。语法格式如下：
draw(Shape form)或fill(Shape form)
其中，form是指实现Shape接口的对象。
java.awt.geom包中提供了如下常用的图形类，这些图形类都实现了Shape接口：
- Arc2D类。
- CubicCurve2D类。
- Ellipse2D类。
- Line2D类。
- Point2D类。
-
QuadCurve2D类。
-
Rectangle2D类。
-
RoundRectangle2D类。
注意
各图形类都是抽象类型的。在不同图形类中有Double和Float两个实现类，这两个实现类以不同精度构建图形对象。为方便计算，在程序开发中经常使用Double类的实例对象进行图形绘制，但是如果程序中要使用成千上万个图形，则建议使用Float类的实例对象进行绘制，这样会节省内存空间。
【例19.2】绘制空心和实心的集合图形
package Package19;
import java.awt.*;
import java.awt.geom.*;
import javax.swing.*;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class DrawFrame extends JFrame {
public DrawFrame() {
setTitle("绘制实例2");//设置窗体标题
setSize(300,200);//设置窗体大小
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
add(new CanvasPanel());//设置窗体面板为绘图面板对象
}
class CanvasPanel extends JPanel{//绘图面板
public void paint(Graphics g) {
Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
Shape[]shapes = new Shape[4];//声明图形数组
shapes[0] = new Ellipse2D.Double(5,5,100,100);//创建圆形对象
shapes[1] = new Rectangle2D.Double(110,5,100,100);//创建矩形对象
shapes[2] = new Rectangle2D.Double(15,15,80,80);//创建矩形对象
shapes[3] = new Ellipse2D.Double(120,15,80,80);//创建圆形对象
for(Shape shape : shapes) {//遍历图形数组
Rectangle2D bounds = shape.getBounds2D();
if(bounds.getWidth() == 80)
g2.fill(shape);//填充图形
else
g2.draw(shape);//绘制图形
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new DrawFrame().setVisible(true);
}
}
结果：
19.3 绘图颜色与画笔属性
Java语言使用Color类封装颜色的各种属性，并对颜色进行管理。另外，在绘制图形时还可以指定线的粗细和虚实等画笔属性。
19.3.1 设置颜色
使用Color类可以创建任意颜色的对象，不用担心平台是否支持该颜色，因为Java以跨平台和与硬件无关的方式支持颜色管理。创建Color对象的构造方法有如下两种：
Color col = new Color(int r, int g, int b) Color col = new Color(int rgb)
- rgb：颜色值，该值是红、绿、蓝三原色的总和。
- r：该参数是三原色中红色的取值。
- g：该参数是三原色中绿色的取值。
- b：该参数是三原色中蓝色的取值。
Color类定义了常用色彩的常量值，如表19.2所示。这些常量都是静态的Color对象，可以直接使用这些常量值定义的颜色对象。
绘图类可以使用setColor()方法设置当前颜色。语法如下：
setColor(Color color)
其中，参数color是Color对象，代表一个颜色值，如红色、黄色或默认的黑色。
例如，设置当前绘图颜色为红色的代码如下：
说明
设置好绘图颜色后，再进行绘图或者绘制文本，系统会采用该颜色作为前景色。如果此时想绘制其他颜色的图形或文本，则需要再次调用setColor()方法设置其他颜色。
19.3.2 设置画笔
默认情况下，Graphics类使用的画笔属性是粗细为1个像素的正方形，而Graphics2D类可以调用setStroke()方法设置画笔的属性，如改变线条的粗细、虚实，定义线段端点的形状、风格等。语法格式如下：
setStroke(Stroke stroke)
其中，参数stroke是Stroke接口的实现类对象。
setStroke()方法必须接受一个Stroke接口的实现类对象作参数，java.awt包中提供了BasicStroke类，它实现了Stroke接口，并且通过不同的构造方法创建画笔属性不同的对象。这些构造方法如下：
- BasicStroke()。
- BasicStroke(float width)。
- BasicStroke(float width, int cap, int join)。
- BasicStroke(float width, int cap, int join, float miterlimit)。
- BasicStroke(float width, int cap, int join, float miterlimit, float[] dash, float dash_phase)。
BasicStroke类构造方法的参数说明：
cap参数可以使用CAP_BUTT、CAP_ROUND和CAP_SQUARE常量，这3个常量对线端点的装饰效果
join参数用于修饰线段交会效果，可以使用JOIN_BEVEL、JOIN_MITER和JOIN_ROUND常量
19.4 绘制文本
Java绘图类也可以用来绘制文本内容，且可以在绘制前设置字体的样式、大小等。本节将讲解如何绘制文本和设置文本的字体。
19.4.1 设置字体
Java使用Font类封装了字体的大小、样式等属性，该类在java.awt包中定义，其构造方法可以指定字体的名称、大小和样式3个属性。语法如下：
Font(String name, int style, int size)
- name：字体的名称。
- style：字体的样式。
- size：字体的大小。
其中，字体样式可以使用Font类的PLAIN、BOLD和ITALIC常量
设置绘图类的字体可以使用绘图类的setFont()方法。设置字体以后在图形上下文中绘制的所有文字都使用该字体，除非再次设置其他字体。语法如下：
setFont(Font font)
其中，参数font是Font类的字体对象。
19.4.2 显示文字
Graphics2D类提供了drawString()方法，使用该方法可以实现图形上下文的文本绘制，从而实现在图片上显示文字的功能。语法格式有如下两种：
drawString(String str, int x, int y) drawString(String str, float x, float y)
- str：要绘制的文本字符串。
- x：绘制字符串的水平起始位置。
- y：绘制字符串的垂直起始位置。
这两个方法唯一不同的就是x和y的参数类型不同。
【例19.3】绘制文字钟表
package Package19;
import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.geom.Rectangle2D;
import java.util.Date;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class DrawString extends JFrame {
public DrawString() {
setSize(230,140);//设置窗体大小
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
add(new CanvasPanel());//设置窗体面板为绘制面板对象
setTitle("绘制文本");//设置窗体标题
}
class CanvasPanel extends JPanel{
public void paint(Graphics g) {
Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
Rectangle2D rect = new Rectangle2D.Double(10,10,200,80);
Font font = new Font("宋体",Font.BOLD,16);
Date date = new Date();
g2.setColor(Color.CYAN);//设置当前绘图颜色
g2.fill(rect);//填充矩形
g2.setColor(Color.BLUE);//设置当前绘图颜色
g2.setFont(font);//设置字体
g2.drawString("现在时间是",20,30);//绘制文本
g2.drawString(String.format("%tr",date),50,60);//绘制时间文本
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new DrawString().setVisible(true);
}
}
结果：
19.5 显示图片
绘图类不仅可以绘制图形和文本，还可以使用drawImage()方法将图片资源显示到绘图上下文中，而且可以实现各种特效处理，如图片的缩放、翻转等。有关图像处理的知识将在19.6节讲解，本节主要讲解如何显示图片。语法如下：
drawImage(Image img, int x, int y, ImageObserver observer)
该方法将img图片显示在x、y指定的位置上。方法中涉及的参数说明
drawImage()方法的使用与绘制文本的drawString()方法类似，唯一不同的是该方法需要指定要通知的图像观察者。
【例19.4】在窗体中显示照片
package Package19;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Image;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class DrawImage extends JFrame{
Image img;//展示的图片
public DrawImage() {
try {
img = ImageIO.read(new File("src/RE4wppV.jpg"));//读取图片文件
}catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
}
setSize(440,300);//设置窗体大小
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
add(new CanvasPanel());//设置窗体面板为绘图面板对象
setTitle("绘制图片");//设置窗体标题
}
class CanvasPanel extends JPanel{
public void paint(Graphics g) {
Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
g2.drawImage(img,0,0,this);//显示图片
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new DrawImage().setVisible(true);
}
}
结果：
19.6 图像处理
开发高级的桌面应用程序，必须掌握一些图像处理与动画制作的技术，如在程序中显示统计图、销售趋势图、动态按钮等。本节将在Java绘图的基础上讲解图像处理技术。
19.6.1 放大与缩小
在19.5节讲解显示图片时，使用了drawImage()方法将图片以原始大小显示在窗体中，要想实现图片的放大与缩小，则需要使用它的重载方法。语法如下：
drawImage(Image img, int x, int y, int width, int height, ImageObserver observer)
该方法将img图片显示在x、y指定的位置上，并指定图片的宽度和高度属性
drawImage()用于图像缩放的重载方法的参数说明：
【例19.5】通过滑动条改变图片大小
package Package19;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Image;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JSlider;
import javax.swing.event.ChangeEvent;
import javax.swing.event.ChangeListener;
public class ImageZoom extends JFrame{
Image img;
private int imgWidth,imgHeight;
private JSlider jSlider;
public ImageZoom() {
try {
img = ImageIO.read(new File("src/RE4wppV.jpg"));//获取图片文件
}catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
}
CanvasPanel canvas = new CanvasPanel();
jSlider = new JSlider();
jSlider.setMaximum(1000);
jSlider.setValue(100);
jSlider.setMinimum(1);
jSlider.addChangeListener(new ChangeListener(){
public void stateChanged(ChangeEvent e) {
canvas.repaint();
}
});
JPanel center = new JPanel();
center.setLayout(new BorderLayout());
center.add(jSlider,BorderLayout.SOUTH);
center.add(canvas,BorderLayout.CENTER);
setContentPane(center);
setBounds(100,100,800,600);//设置窗体大小和位置
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
setTitle("绘制图片");
}
class CanvasPanel extends JPanel{
public void paint(Graphics g) {
int newW = 0,newH = 0;
imgWidth = img.getWidth(this);//获取图片宽度
imgHeight = img.getHeight(this);//获取图片高度
float value = jSlider.getValue();//滑块组件的取值
newW = (int)(imgWidth * value/100);//计算图片放大后的宽度
newH = (int)(imgHeight * value/100);//计算图片放大后的高度
g.drawImage(img,0,0,newW,newH,this);//绘制指定大小的图片
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new ImageZoom().setVisible(true);
}
}
结果：
说明
repaint()方法会自动调用paint()方法，实现组件或画板的重画功能，类似于界面刷新。
19.6.2 图像翻转
图像的翻转需要使用drawImage()方法的另一个重载方法。语法如下：
drawImage(Image img, int dx1, int dy1, int dx2, int dy2, int sx1, int sy1, int sx2, int sy2, ImageObserver observer)
此方法总是用非缩放的图像来呈现缩放的矩形，并动态地执行所需的缩放。此操作不使用缓存的缩放图像。执行图像从源到目标的缩放，要将源矩形的第一个坐标映射到目标矩形的第一个坐标，源矩形的第二个坐标映射到目标矩形的第二个坐标，按需要缩放和翻转子图像，以保持这些映射关系。
drawImage()用于图像翻转的重载方法的参数说明：
【例19.6】翻转照片
package Package19;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Container;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Image;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class PartImage extends JFrame{
private Image img;
private int dx1,dy1,dx2,dy2;
private int sx1,sy1,sx2,sy2;
private int width = 300,height = 200;//图片宽度
private JButton vBtn = null;//“垂直翻转”按钮
private JButton hBtn = null;//“水平翻转”按钮
private CanvasPanel canvasPanel = null;
public PartImage() {
try {
img = ImageIO.read(new File("src/RE4wppV.jpg"));//读取图片文件
}catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
}
dx2 = sx2 = width;
dy2 = sy2 = height;//初始化图片大小
vBtn = new JButton("垂直翻转");
hBtn = new JButton("水平翻转");
JPanel bottom = new JPanel();
bottom.add(hBtn);
bottom.add(vBtn);
Container c = getContentPane();
c.add(bottom,BorderLayout.SOUTH);
canvasPanel = new CanvasPanel();
c.add(canvasPanel,BorderLayout.CENTER);
addListener();
setBounds(100,100,300,260);//设置窗体大小和位置
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
setTitle("图片翻转");//设置窗体标题
}
private void addListener() {
vBtn.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
sy1 = Math.abs(sy1-height);//纵坐标互换
sy2 = Math.abs(sy2-height);
canvasPanel.repaint();
}
});
hBtn.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
sx1 = Math.abs(sx1-width);//横坐标互换
sx2 = Math.abs(sx2-width);
canvasPanel.repaint();
}
});
}
class CanvasPanel extends JPanel{
public void paint(Graphics g) {
g.drawImage(img,dx1,dy1,dx2,dy2,sy1,sx2,sy2,sy2, this);//绘制指定大小图片
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new PartImage().setVisible(true);
}
}
结果：
19.6.3 图像旋转
图像旋转需要调用Graphics2D类的rotate()方法，该方法将根据指定的弧度旋转图像。语法如下：
rotate(double theta)
其中，theta是指旋转的弧度。
说明
rotate()方法只接受旋转的弧度作为参数，可以使用Math类的toRadians()方法将角度转换为弧度。toRadians()方法接受角度值作为参数，返回值是转换完毕的弧度值。
【例19.7】让照片围绕左上角点旋转
package Package19;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Image;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class RotateImage extends JFrame{
private Image img;
public RotateImage() {
try {
img = ImageIO.read(new File("src/RE4wppV.jpg"));//读取图片文件
}catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
}
setBounds(100,100,400,350);//设置窗体大小和位置
add(new CanvasPanel());
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
setTitle("图片旋转");//设置窗体标题
}
class CanvasPanel extends JPanel{
public void paint(Graphics g) {
Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
g2.rotate(Math.toRadians(5));//旋转5°
g2.drawImage(img, 70,10,300,200,this);
g2.rotate(Math.toRadians(5));
g2.drawImage(img, 70,10,300,200,this);
g2.rotate(Math.toRadians(5));
g2.drawImage(img, 70,10,300,200,this);
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new RotateImage().setVisible(true);
}
}
结果：
19.6.4 图像倾斜
可以使用Graphics2D类提供的shear()方法设置绘图的倾斜方向，从而使图像实现倾斜的效果。语法如下：
shear(double shx, double shy)
- shx：水平方向的倾斜量。
- shy：垂直方向的倾斜量。
【例19.8】让照片变成向左倾斜的平行四边形形状
package Package19;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Image;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
public class TiltImage extends JFrame{
private Image img;
public TiltImage() {
try {
img = ImageIO.read(new File("src/RE4wppV.jpg"));//读取图片文件
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
setBounds(100,100,400,300);//设置窗体大小和位置
add(new CanvasPanel());
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//设置窗体关闭模式
setTitle("图片倾斜");//设置窗体标题
}
class CanvasPanel extends JPanel{
public void paint(Graphics g){
Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
g2.shear(0.3,0);//倾斜30%
g2.drawImage(img,0,0,300,200,this);
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
new TiltImage().setVisible(true);
}
}
结果：
