分型终章之 L—system

恶心人的众多考试终于完了，我也有时间整理一下前面所做的东西，今天借着L—system对分型做一个总结。

L-System是什么:
一定要下一个定义的话，我做不到，因为不学语文好多年了，其实也没什么意义，我的理解就是，给定一个字符串，根据特定的规则，进行取点，画线，旋转，最终实现一个分型的图形。

L-System需要什么：
根据我个人的理解，一个L-System,有2个要素：
（1）母串和子串：给定一个母串，用递归的方法，将母串中的字符替换成子串，最终形成一
     个字符串。
（2）方向：图形需要旋转，旋转需要方向，在这里可以定义两个方向，+：表示顺时针旋转
     的方向，-:表示逆时针旋转的方向。

L-System的流程：
（1）根据给定的母串和子串，用递归的方法，得到最终的字符串——F：向前走一个单位，
     +：顺时针旋转一个度数；-：逆时针旋转一个度数；
（2）设定一个初始坐标和初始方向，根据最终的字符串，得到所有点的坐标，保存起来
（3）根据坐标画线，得到最终的图形

L-System的难点：
如何把图形在正中显示

我一共写了四个类，具体代码如下：
第一个类：DrawBoard,显示图形的面板，上面有一些输入框

package source;

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.Dimension;
import java.awt.Graphics;

import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;

public class DrawBoard extends JFrame{
    Graphics g;
	public static void main(String [] args){
		DrawBoard db = new DrawBoard();
		db.createBoard();
	}
	
	/**
	 * 创建窗体
	 */
	public void createBoard(){
		//设置窗体的基本属性
		this.setTitle("L—system");
		this.setSize(800,800);
		this.setDefaultCloseOperation(3);
		this.setResizable(false);
		this.setBackground(Color.WHITE);
		this.setLayout(new BorderLayout());//设置窗体的布局管理器为边框布局管理器
		//控制面板
		JPanel jp1 = new JPanel();
		jp1.setLayout(null);
		jp1.setPreferredSize(new Dimension(10,130));
		jp1.setBackground(Color.GRAY);
		this.add(jp1,BorderLayout.NORTH);
		
		//画板
		JPanel jp2 = new JPanel();
		jp2.setPreferredSize(new Dimension());
		jp2.setBackground(Color.WHITE);
		this.add(jp2);
		
		//控件
		JLabel jl1 = new JLabel("母串");
		JLabel jl2 = new JLabel("子串");
		JLabel jl3 = new JLabel("角度");
		JLabel jl4 = new JLabel("层数");
		jl1.setBounds(90,5,150,25);
		jl2.setBounds(400,5,150,25);
		jl3.setBounds(90,45,150,25);
		jl4.setBounds(400,45,150,25);
		JTextField jtf1 = new JTextField(10);
		JTextField jtf2 = new JTextField(10);
		JTextField jtf3 = new JTextField(10);
		JTextField jtf4 = new JTextField(10);
		
		JButton jb1 = new JButton("画图1");
		JButton jb2 = new JButton("画图2");
		JButton jb3 = new JButton("清  除");
		
		jp1.add(jl1);
		jp1.add(jtf1);
		jtf1.setBounds(150,5,200,25);
		
		jp1.add(jl2);
		jp1.add(jtf2);
		jtf2.setBounds(460,5,200,25);
		
		jp1.add(jl3);
		jp1.add(jtf3);
		jtf3.setBounds(150,45,200,25);
		
		jp1.add(jl4);
		jp1.add(jtf4);
		jtf4.setBounds(460,45,200,25);
		
		jp1.add(jb1);
		jb1.setBounds(150,90,80,25);
		jp1.add(jb2);
		jb2.setBounds(365,90,80,25);
		jp1.add(jb3);
		jb3.setBounds(580,90,80,25);
		
		
		this.setVisible(true);
		
		//得到画布
		g=jp2.getGraphics();
		
		//加监听器
		Listener lis = new Listener(g,jtf1,jtf2,jtf3,jtf4);
		jb1.addActionListener(lis);
		jb2.addActionListener(lis);
		jb3.addActionListener(lis);
		
		
	}
}

第二个类：Word类，由母串得到子串

package source;

/**
 * 根据母串得到子串
 * @author 朱正直
 *
 */
public class Word {
	private String parent;//定义母串
	private String child;//定义子串
	//在创建对象时传入母串和子串
	public Word(String parent,String child){
		this.parent=parent;
		this.child=child;
	}
	
	
	//根据母串和子串生成最终字符串
	public String createWord(int depth){
		if (depth == 0 )	return parent;
		String sequence = parent;
		for(int i=0;i<depth;i++){
			StringBuffer str = new StringBuffer();//用StringBuffer类存储字符串，这个类是一个可变长度的字符串类，最后在调用这个类的toString方法，转化成String类
			for(int j=0;j<sequence.length();j++){
				if(sequence.charAt(j)=='F')	str.append(child);
				else	str.append(sequence.charAt(j));
			}
			sequence=str.toString();
		}	
		return sequence;
	}
}

第三个类：GetPoint类，这个类根据字符串得到所有的坐标点，并且将其存放起来

package source;

import java.awt.Point;

/**
 * 得到所有点的坐标
 * @author	朱正直
 *
 */
public class GetPoint {
	private String sequence;
	private double ra;
	private double rb;
	public GetPoint(String str,int a,int b){
		this.sequence=str;
		ra=a*Math.PI/180;
		rb=b*Math.PI/180;
	}
	
	public Point[] getPt(int W,int H){
		double len = 10.0;//定义初始步长（两点之间线的长度）
		double x0=1.0,y0=0;//定义初始方向
		double x1=0,y1=0;//定义初始点的坐标
		double min_x,max_x,min_y,max_y;
		min_x=max_x=x1;
		min_y=max_y=y1;
		for(int i=0;i<sequence.length();i++){
			if(sequence.charAt(i)=='F'){
				double _x1=x1+len*x0;
				double _y1=y1+len*y0;
				x1=_x1;
				y1=_y1;
				if(x1<min_x)	min_x=x1;
				if(x1>max_x)	max_x=x1;
				if(y1<min_y)	min_y=y1;
				if(y1>max_y)	max_y=y1;
			}
			else if(sequence.charAt(i)=='+'){
				double _x0=x0*Math.cos(ra)-y0*Math.sin(ra);
				double _y0=x0*Math.sin(ra)+y0*Math.cos(ra);
				x0=_x0;
				y0=_y0;
			}
			else if(sequence.charAt(i)=='-'){
				double _x0=x0*Math.cos(-rb)-y0*Math.sin(-rb);
				double _y0=x0*Math.sin(-rb)+y0*Math.cos(-rb);
				x0=_x0;
				y0=_y0;
			}
		}
		/**
		 * 接下来调整初始位置和步长
		 */
		double r=Math.min(W/(max_x-min_x),H/(max_y-min_y));
		len*=r;
		double mid_x=(min_x+max_x)*0.5,mid_y=(min_y+max_y)*0.5;
		x1=W*0.5-mid_x*r;
		y1=H*0.5-mid_y*r;
		x0=1.0;
		y0=0;
		
		
		int n=1;
		for(int i=0;i<sequence.length();i++)
			if(sequence.charAt(i)=='F')	++n;
		

		Point [] points = new Point[n];
		points[0]= new Point((int)x1,(int)y1);
		int index=1;
		for(int i=0;i<sequence.length();i++){
			if(sequence.charAt(i)=='F'){
				double _x1=x1+len*x0;
				double _y1=y1+len*y0;
				x1=_x1;
				y1=_y1;
				points[index++]=new Point((int)x1,(int)y1);
			}else if(sequence.charAt(i)=='+'){
				double _x0=x0*Math.cos(ra)-y0*Math.sin(ra);
				double _y0=x0*Math.sin(ra)+y0*Math.cos(ra);
				x0=_x0;
				y0=_y0;
			}else if(sequence.charAt(i)=='-'){
				double _x0=x0*Math.cos(-rb)-y0*Math.sin(-rb);
				double _y0=x0*Math.sin(-rb)+y0*Math.cos(-rb);
				x0=_x0;
				y0=_y0;
			}
		}
		return points;
	}
}

第四个类：Listener,该类的作用是将三个类整合，从Word类得到一个字符串，将字符串传入GetPoint类，得到所有点的坐标，最终画出图形

package source;

import java.awt.Graphics;
import java.awt.Point;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JTextField;

public class Listener implements ActionListener{
	Graphics g;
	JTextField jtf1;
	JTextField jtf2;
	JTextField jtf3;
	JTextField jtf4;
	public Listener(Graphics g1,JTextField jtf11,JTextField jtf21,JTextField jtf31,JTextField jtf41){
		g=g1;
		jtf1=jtf11;
		jtf2=jtf21;
		jtf3=jtf31;
		jtf4=jtf41;
	}
	public void actionPerformed(ActionEvent e) {
		String str = e.getActionCommand();
		if(str.equals("画图1")){			
			draw1(g);
		}
		if(str.equals("画图2")){
			draw2(g);
			
		}
		if(str.equals("清  除")){
//			g.clearRect(0,155,800,600);
			g.clearRect(0,0,800,800);
		}
	}
	
	/*
	 * 将所有存入的点连起来
	 */
	public void draw1(Graphics g){
		String s1=jtf1.getText();
		String s2=jtf2.getText();
		int s3=Integer.parseInt(jtf3.getText());
		int s4=Integer.parseInt(jtf4.getText());
		Word wd = new Word(s1,s2);
		String sequence=wd.createWord(s4);
		GetPoint gp = new GetPoint(sequence,s3,s3);
		Point [] point = gp.getPt(800,600);
		for(int i=0;i<point.length-1;i++){
			g.drawLine((int)point[i].getX(),(int)point[i].getY(),(int)point[i+1].getX(),(int)point[i+1].getY());
		}
	}
	
	public void draw2(Graphics g){
		String s1=jtf1.getText();
		String s2=jtf2.getText();
		int s3=Integer.parseInt(jtf3.getText());
		int s4=Integer.parseInt(jtf4.getText());
		Word wd = new Word(s1,s2);
		String sequence=wd.createWord(s4);
		GetPoint gp = new GetPoint(sequence,s3,s3);
		Point [] point = gp.getPt(800,600);
		for(int i=0;i<point.length-1;i++){
			double xa = point[i].getX();
			double ya = point[i].getY();
			double xb = point[i+1].getX();
			double yb = point[i+1].getY();
			xa=800-xa;
			xb=800-xb;
			g.drawLine((int)xa,(int)ya,(int)xb,(int)yb);
		}
	}
	
}

最终效果：