59、Java图形绘制与图像使用全解析

Java图形绘制与图像使用全解析

在Java编程中，图形绘制和图像使用是非常重要的部分，能够为应用程序增添丰富的视觉效果。下面将详细介绍Java中图形的旋转、平移、文本绘制、用户绘图以及图像的使用等方面的内容。

1. 图形的旋转与平移

在Java的图形绘制中， Graphics2D 类提供了 translate 和 rotate 方法来修改图形的绘制方式。
- 平移方法（translate） ：该方法用于将坐标原点 (0, 0) 从左上角移动到任意指定的点。在许多图形应用中，将原点平移到组件的中心是很有用的。以下是实现此功能的代码示例：

int cx = getSize().width / 2;       // center X;
int cy = getSize().height / 2;      // center Y;
g2.translate(cx, cy);

• 旋转方法（rotate） ：旋转操作相对复杂一些。 rotate 方法接受一个参数，用于指定旋转的角度，但这个角度是以弧度为单位的。可以使用 Math.toRadians 方法将角度转换为弧度。例如，将坐标空间旋转45度的代码如下：

g2.rotate(Math.toRadians(45));

若要围绕图形的中心旋转图形，需要先将原点平移到图形的中心，调用 rotate 方法，然后再绘制图形。 Graphics2D 类提供了一个方便的 rotate 方法重载版本，它接受三个参数：旋转角度以及旋转中心点的 x 和 y 坐标。示例代码如下：

g2.rotate(Math.toRadians(45), 100, 150);

下面是一个在 paint 方法中创建椭圆并多次以不同角度旋转绘制的示例：

int x = 50;
int y = 75;
int width = 200;
int height = 100;
Shape r1 = new Ellipse2D.Float(x, y, width, height);
for (int angle = 0; angle <= 360; angle += 45)
{
    g2.rotate(Math.toRadians(angle), 
    x + width/2, y + height/2);
    g2.setPaint(Color.YELLOW);
    g2.fill(r1);
    g2.setStroke(new BasicStroke(4));
    g2.setPaint(Color.BLACK);
    g2.draw(r1);
}

2. 文本绘制

可以使用 drawString 方法绘制字符串中的文本。该方法接受三个参数：要绘制的字符串以及要绘制的第一个字符的左下角的 x 和 y 坐标。示例代码如下：

g2.drawString("This is some text!", 100, 50);

当前的笔触、颜色、平移和旋转设置都会应用到绘制的文本上，同时可以通过 setFont 方法指定字体。示例代码如下：

g2.setFont(new Font("Times New Roman", Font.PLAIN, 36));

3. 让用户在组件上绘图

在许多应用中，需要允许用户直接在面板上绘图。这需要创建监听器来监听鼠标事件，如点击、拖动或移动，并将这些事件与 paint 方法协调，将用户生成的鼠标事件转换为在组件上绘制的图形。以下是需要监听的鼠标事件列表：
| 事件类型 | 方法描述 |
| ---- | ---- |
| MouseListener Methods | |
| void mouseClicked(MouseEvent e) | 用户点击鼠标按钮 |
| void mouseEntered(MouseEvent e) | 鼠标进入组件 |
| void mouseExited(MouseEvent e) | 鼠标离开组件 |
| void mousePressed(MouseEvent e) | 用户按下鼠标按钮 |
| void mouseReleased(MouseEvent e) | 用户释放鼠标按钮 |
| MouseMotionListener Methods | |
| void mouseMoved(MouseEvent e) | 用户在不按下按钮的情况下移动鼠标 |
| void mouseDragged(MouseEvent e) | 用户在按下按钮的情况下移动鼠标 |
| MouseEvent Methods | |
| int getButton() | 获取被点击、按下或释放的鼠标按钮，结果可以是 BUTTON1 、 BUTTON2 、 BUTTON3 或 NOBUTTON |
| int getClickCount() | 获取点击次数，以确定用户是否进行了双击或三击 |
| Point getPoint() | 获取鼠标位置作为 Point 对象 |
| int getX() | 获取 x 坐标 |
| int getY() | 获取 y 坐标 |

下面是一个让用户绘制矩形的简单程序示例：

import javax.swing.*;
import java.awt.event.*;
import java.awt.*;
import java.awt.geom.*;
import java.util.*;

public class DrawingBoard extends JFrame
{
    public static void main(String [] args)
    {
        new DrawingBoard();
    }

    public DrawingBoard()
    {
        this.setSize(300, 300);
        this.setTitle("The Drawing Board");
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        this.add(new PaintSurface(), BorderLayout.CENTER);
        this.setVisible(true);
    }

    private class PaintSurface extends JComponent
    {
        ArrayList<Shape> shapes = new ArrayList<Shape>();
        Point startDrag, endDrag;

        public PaintSurface()
        {
            this.addMouseListener(new MouseAdapter()
            {
                public void mousePressed(MouseEvent e)
                {
                    startDrag = new Point(e.getX(), e.getY());
                    endDrag = startDrag;
                    repaint();
                }

                public void mouseReleased(MouseEvent e)
                {
                    Shape r = makeRectangle(
                        startDrag.x, startDrag.y,
                        e.getX(), e.getY());
                    shapes.add(r);
                    startDrag = null;
                    endDrag = null;
                    repaint();
                }
            });

            this.addMouseMotionListener(new MouseMotionAdapter()
            {
                public void mouseDragged(MouseEvent e)
                {
                    endDrag = new Point(e.getX(), e.getY());
                    repaint();
                }
            });
        }

        public void paint(Graphics g)
        {
            Graphics2D g2 = (Graphics2D)g;
            // turn on antialiasing
            g2.setRenderingHint(
                RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
                RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
            // draw background grid
            g2.setPaint(Color.LIGHT_GRAY);
            for (int i = 0; i < getSize().width; i += 10)
            {
                Shape line = new Line2D.Float(
                    i, 0, i, getSize().height);
                g2.draw(line);
            }
            for (int i = 0; i < getSize().height; i += 10)
            {
                Shape line = new Line2D.Float(
                    0, i, getSize().width, i);
                g2.draw(line);
            }
            // draw the shapes
            Color[] colors = {Color.RED, Color.BLUE,
                Color.PINK, Color.YELLOW,
                Color.MAGENTA, Color.CYAN };
            int colorIndex = 0;
            g2.setStroke(new BasicStroke(2));
            g2.setComposite(AlphaComposite.getInstance(
                AlphaComposite.SRC_OVER, 0.50f));
            for (Shape s : shapes)
            {
                g2.setPaint(Color.BLACK);
                g2.draw(s);
                g2.setPaint(colors[(colorIndex++)%6]);
                g2.fill(s);
            }
            // paint the temporary rectangle
            if (startDrag != null && endDrag != null)
            {
                g2.setPaint(Color.LIGHT_GRAY);
                Shape r = makeRectangle(
                    startDrag.x, startDrag.y,
                    endDrag.x, endDrag.y);
                g2.draw(r);
            }
        }

        private Rectangle2D.Float makeRectangle(
            int x1, int y1, int x2, int y2)
        {
            int x = Math.min(x1, x2);
            int y = Math.min(y1, y2);
            int width = Math.abs(x1 - x2);
            int height = Math.abs(y1 - y2);
            return new Rectangle2D.Float(
                x, y, width, height);
        }
    }
}

这个程序的基本操作流程如下：
1. 用户按下鼠标按钮时，记录起始位置。
2. 检测到鼠标移动时，记录当前鼠标位置并调用 repaint 方法重绘组件，在 paint 方法中绘制一个临时矩形，给用户视觉提示。
3. 用户释放鼠标按钮时，创建一个新的 Rectangle2D.Float 对象，将其添加到 ArrayList 中，并调用 repaint 方法重绘组件。
4. 同时，清除记录的鼠标位置，以便 paint 方法知道不绘制临时矩形。

4. 图像的使用

Java支持多种图像格式，如GIF、JPEG和PNG，但不直接支持BMP、PCX和WMF等常见图形文件格式。可以将这些不支持的图像格式转换为GIF、JPEG或PNG格式，也可以使用第三方包来处理。

使用 ImageIcon 类 ：这是处理图像最简单的方法。可以使用文件名或URL从文件中加载图像，然后将其附加到标签或按钮组件上进行显示。以下是相关的构造函数和方法：

类	构造函数/方法	描述
ImageIcon	ImageIcon(String filename)	从指定文件名的文件创建 ImageIcon 对象
ImageIcon	ImageIcon(URL url)	从指定URL的文件创建 ImageIcon 对象
ImageIcon	Image getImage()	获取与该 ImageIcon 关联的 Image 对象
JLabel	JLabel(Icon image)	创建带有指定图像的标签
JButton	JButton(Icon image)	创建带有指定图像的按钮
JButton	JButton(String text, Icon image)	创建带有指定文本和图像的按钮

以下是在Swing应用中使用 ImageIcon 显示图像的示例代码：

import javax.swing.*;

public class PictureApp extends JFrame
{
    public static void main(String [] args)
    {
        new PictureApp();
    }

    public PictureApp()
    {
        this.setTitle("Picture Application");
        this.setDefaultCloseOperation(
            JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        JPanel panel1 = new JPanel();
        ImageIcon pic = new ImageIcon("HalfDome.jpg");
        panel1.add(new JLabel(pic));
        this.add(panel1);
        this.pack();
        this.setVisible(true);
    }
}

也可以将较小的GIF图像作为各种类型按钮的图标。示例代码如下：

JButton openButton;
ImageIcon openIcon = new ImageIcon("OpenIcon.gif");
openButton = new JButton(openIcon);

综上所述，通过掌握Java中图形的旋转、平移、文本绘制、用户绘图以及图像使用等知识，可以为Java应用程序创建出更加丰富和吸引人的界面。

Java图形绘制与图像使用全解析

5. 图像使用的更多细节

在使用图像时，除了基本的加载和显示，还有一些细节需要注意。

5.1 图像格式选择

不同的图像格式有不同的特点和适用场景：
- GIF ：图形交换格式，常用于小图像，如按钮图标等。它支持简单的动画效果，文件大小相对较小，但颜色数量有限。
- JPEG ：由联合图像专家组设计，用于以压缩形式存储摄影图像。适合存储大尺寸的照片，能在保证一定质量的前提下有效压缩文件大小，但不适合存储线条图或图标等对颜色保真度要求高的图像。
- PNG ：便携式网络图形格式，专为可移植性和网络访问而设计。支持透明通道，颜色质量高，适合存储需要透明效果的图像，但文件大小可能相对较大。

5.2 图像加载与显示流程

下面是使用 ImageIcon 加载和显示图像的详细流程：

graph LR
    A[创建 ImageIcon 对象] --> B[指定文件名或 URL]
    B --> C[加载图像]
    C --> D[创建 Swing 组件（如 JLabel 或 JButton）]
    D --> E[将 ImageIcon 对象附加到组件]
    E --> F[将组件添加到面板或框架]
    F --> G[显示图像]

6. 图形绘制与图像使用的综合应用

在实际开发中，可能需要将图形绘制和图像使用结合起来，创建更加复杂和丰富的界面。以下是一个简单的示例，展示如何在绘制的图形上叠加显示图像：

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.geom.Ellipse2D;
import javax.swing.ImageIcon;

public class CombinedApp extends JFrame {
    public static void main(String[] args) {
        new CombinedApp();
    }

    public CombinedApp() {
        this.setTitle("Combined Application");
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        this.add(new CombinedSurface(), BorderLayout.CENTER);
        this.pack();
        this.setVisible(true);
    }

    private class CombinedSurface extends JComponent {
        ImageIcon pic = new ImageIcon("HalfDome.jpg");
        Image image = pic.getImage();

        @Override
        protected void paintComponent(Graphics g) {
            super.paintComponent(g);
            Graphics2D g2 = (Graphics2D) g;

            // 绘制图形
            int x = 50;
            int y = 75;
            int width = 200;
            int height = 100;
            Shape r1 = new Ellipse2D.Float(x, y, width, height);
            g2.setPaint(Color.YELLOW);
            g2.fill(r1);
            g2.setStroke(new BasicStroke(4));
            g2.setPaint(Color.BLACK);
            g2.draw(r1);

            // 显示图像
            g2.drawImage(image, 100, 200, this);
        }

        @Override
        public Dimension getPreferredSize() {
            return new Dimension(400, 400);
        }
    }
}

这个示例的步骤如下：
1. 创建一个 CombinedApp 类，继承自 JFrame 。
2. 在 CombinedApp 类的构造函数中，设置窗口标题、关闭操作，并添加 CombinedSurface 组件。
3. 创建 CombinedSurface 类，继承自 JComponent 。
4. 在 CombinedSurface 类中，加载图像并在 paintComponent 方法中绘制图形和显示图像。
5. 重写 getPreferredSize 方法，设置组件的首选大小。

7. 优化与注意事项

在进行图形绘制和图像使用时，有一些优化和注意事项需要关注：

7.1 性能优化

• 双缓冲技术 ：在绘制复杂图形或频繁更新界面时，使用双缓冲技术可以减少闪烁和提高绘制性能。可以通过创建一个 BufferedImage 对象，在其上进行绘制，然后将其绘制到屏幕上。
• 图像缩放 ：如果需要显示不同大小的图像，尽量在加载图像时进行缩放，而不是在每次绘制时进行缩放，以减少性能开销。

7.2 错误处理

• 图像加载失败 ：在加载图像时，可能会出现文件不存在或格式不支持等问题。可以在代码中添加错误处理逻辑，例如显示默认图像或给出提示信息。

优化点	描述
双缓冲技术	创建 BufferedImage 对象，先在其上绘制，再绘制到屏幕
图像缩放	加载图像时进行缩放，减少绘制时的性能开销
错误处理	处理图像加载失败的情况，显示默认图像或给出提示

通过以上的介绍，我们详细了解了 Java 中图形绘制和图像使用的相关知识，包括图形的旋转、平移、文本绘制、用户绘图、图像格式选择、 ImageIcon 类的使用以及综合应用等方面。掌握这些知识，可以为 Java 应用程序创建出更加丰富、美观和实用的界面。