Класс Graphics2D

public abstract class Graphics2D extends Graphics

Этот Graphics2D класс расширяет класс Graphics, предоставляя более сложный контроль над геометрией, преобразованиями координат, управлением цветом и выводом текста. Это базовый класс для отображения двумерных фигур, текста и изображений в платформе Java(tm).

Пространства координат

Все координаты, передаваемые объекту Graphics2D, задаются в независимой от устройства системе координат, называемой Пространством пользователя, используемой приложениями. Объект Graphics2D содержит объект AffineTransform в качестве части своего состояния отрисовки, определяющего преобразование координат из пространства пользователя в зависимые от устройства координаты в Пространстве устройства.

Координаты в пространстве устройства обычно относятся к отдельным пикселям устройства и выровнены на бесконечно тонких промежутках между этими пикселями. Некоторые объекты Graphics2D могут использоваться для захвата операций отрисовки для хранения в графическом метафайле для воспроизведения на конкретном устройстве неизвестного физического разрешения в последующее время. Поскольку разрешение может быть неизвестно во время захвата операций отрисовки, Graphics2D Transform настраивается для преобразования координат пользователя в виртуальное пространство устройства, которое приблизительно соответствует ожидаемому разрешению целевого устройства. Дополнительные преобразования могут потребоваться в момент воспроизведения, если оценка окажется неверной.

Некоторые из операций, выполняемых объектами атрибутов отрисовки, происходят в пространстве устройства, но все методы Graphics2D принимают координаты пространства пользователя.

Каждый объект Graphics2D связан с целевым объектом, определяющим местоположение отрисовки. Объект GraphicsConfiguration определяет характеристики целевого объекта отрисовки, такие как формат пикселей и разрешение. Один и тот же целевой объект отрисовки используется на протяжении всего жизненного цикла объекта Graphics2D.

При создании объекта Graphics2D объект GraphicsConfiguration задаёт преобразование по умолчанию для целевого объекта Graphics2D (объекта Component или Image). Это преобразование по умолчанию отображает систему координат пространства пользователя на координаты устройства экрана и принтера таким образом, что начало отсчёта отображается в верхнем левом углу целевого региона устройства, при этом увеличивающиеся координаты X направлены вправо, а увеличивающиеся координаты Y — вниз. Масштабирование преобразования по умолчанию установлено в единицу для устройств, близких к 72 dpi, таких как устройства экрана. Масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается примерно в 72 координаты пространства пользователя на квадратный дюйм для устройств с высоким разрешением, таких как принтеры. Для буферов изображений преобразование по умолчанию является преобразованием Identity.

Процесс отрисовки

Процесс отрисовки можно разбить на четыре фазы, управляемые атрибутами отрисовки Graphics2D. Рендерер может оптимизировать многие из этих шагов, кэшируя результаты для будущих вызовов, сводя несколько виртуальных шагов к одной операции или распознавая различные атрибуты как общие простые случаи, которые можно исключить, изменив другие части операции.

Шаги в процессе отрисовки:

1. Определить, что отображать.
2. Ограничить операцию отрисовки текущей областью вывода Clip. Область Clip задаётся объектом Shape в пространстве пользователя и управляется программой с помощью различных методов управления областью вывода Graphics и Graphics2D. Эта область вывода пользователя преобразуется в пространство устройства с помощью текущего Transform и комбинируется с областью вывода устройства, определяемой видимостью окон и областями устройства. Комбинация области вывода пользователя и области вывода устройства определяет общую область вывода, которая определяет окончательную область обрезки. Область вывода пользователя не изменяется системой отрисовки, чтобы отразить результирующую общую область вывода.
3. Определить цвета для отрисовки.
4. Применить цвета к целевой поверхности рисования с использованием текущего атрибута Composite в контексте Graphics2D.

Три типа операций отрисовки, а также детали каждого из их конкретных процессов отрисовки:

1. Shape операции
   1. Если операция является операцией draw(Shape), то используется метод createStrokedShape текущего атрибута Stroke в контексте Graphics2D для построения нового объекта Shape, содержащего контур указанной фигуры Shape.
   2. Фигура Shape преобразуется из пространства пользователя в пространство устройства с помощью текущего Transform в контексте Graphics2D.
   3. Контур Shape извлекается с помощью метода getPathIterator объекта Shape, который возвращает объект PathIterator, перебирающий по границе Shape.
   4. Если объект Graphics2D не может обработать криволинейные сегменты, возвращаемые объектом PathIterator, то он может вызвать альтернативный метод getPathIterator объекта Shape, который сглаживает Shape.
   5. Текущий объект Paint в контексте Graphics2D запрашивается на объект PaintContext, который определяет цвета для отрисовки в пространстве устройства.
2. Операции с текстом
   1. Для определения набора глифов, необходимых для отрисовки указанного текста String, используются следующие шаги:
      1. Если аргументом является строка String, то текущий объект Font в контексте Graphics2D преобразует символы Юникода в строке String в набор глифов для отображения с использованием базовых алгоритмов выравнивания и форматирования шрифта.
      2. Если аргументом является объект AttributedCharacterIterator, то итератор преобразуется в объект TextLayout с использованием встроенных атрибутов шрифта. Объект TextLayout реализует более сложные алгоритмы выравнивания глифов, автоматически выполняющие корректировки Юникод-бидирекционального выравнивания для нескольких шрифтов различного направления письма.
      3. Если аргументом является объект GlyphVector, то объект GlyphVector уже содержит соответствующие кодовые глифы шрифта со строгими координатами для каждого глифа.
   2. Текущий объект Font запрашивает контуры указанных глифов. Эти контуры рассматриваются как фигуры в пространстве пользователя относительно позиции каждого глифа, определённой на шаге 1.
   3. Контуры символов заполняются, как указано выше в Shape операциях.
   4. Текущий объект Paint запрашивается на объект PaintContext, который определяет цвета для отрисовки в пространстве устройства.
3. Image Операции
   1. Область интереса определяется ограничивающей рамкой исходного изображения Image. Эта ограничивающая рамка задаётся в пространстве изображения, которое является локальной системой координат объекта Image.
   2. Если в метод drawImage(Image, AffineTransform, ImageObserver) передаётся преобразование AffineTransform , то это преобразование используется для преобразования ограничивающей рамки из пространства изображения в пространство пользователя. Если преобразование AffineTransform не указано, то ограничивающая рамка рассматривается как уже находящаяся в пространстве пользователя.
   3. Ограничивающая рамка исходного изображения Image преобразуется из пространства пользователя в пространство устройства с помощью текущего Transform. Обратите внимание, что результат преобразования ограничивающей рамки не обязательно приводит к прямоугольной области в пространстве устройства.
   4. Объект Image определяет, какие цвета отрисовывать, взятые из исходного изображения, в соответствии с отображением координат "исходное изображение -> целевое изображение", заданным текущим Transform и (необязательным) преобразованием изображения.

Атрибуты отрисовки по умолчанию

Значения по умолчанию для атрибутов отрисовки Graphics2D:

Paint

Цвет Component.

Font

Толщина Font Component.

Stroke

Квадратная кисть с толщиной 1, без пунктира, с соединением сегментов типа "палец" и квадратными концами.

Transform

Преобразование getDefaultTransform для GraphicsConfiguration объекта Component.

Composite

Правило AlphaComposite.SRC_OVER.

Clip

Без обрезки отрисовки, результат ограничивается Component.

Вопросы совместимости отрисовки

Модель отрисовки JDK(tm) 1.1 основана на модели пикселизации, которая определяет, что координаты бесконечно тонки, расположены между пикселями. Операции отрисовки выполняются с использованием кисти шириной в один пиксель, заполняющей пиксель ниже и правее точки привязки на пути. Модель отрисовки JDK 1.1 согласуется со возможностями большинства существующих платформ рендереров, которые должны преобразовать целые координаты в дискретную кисть, которая должна полностью лежать на указанном количестве пикселей.

API Java 2D(tm) (Java(tm) 2 платформа) поддерживает рендереры с антиалиасингом. Перо шириной в один пиксель необязательно должно полностью попадать на пиксель N по сравнению с пикселем N+1. Перо может частично попадать на оба пикселя. Не требуется выбирать направление смещения для широкого пера, так как смешивание, происходящее вдоль границ прохождения пера, делает положение пера в подпикселях видимым для пользователя. С другой стороны, при отключенном антиалиасинге путем установки ключа подсказки KEY_ANTIALIASING со значением подсказки VALUE_ANTIALIAS_OFF, рендерер может потребоваться применить смещение, чтобы определить, какой пиксель модифицировать, когда перо пересекает границу пикселя, например, когда оно нарисовано по целочисленной координате в пространстве устройства. Хотя возможности рендерера с антиалиасингом делают необязательным для модели рендеринга указание смещения пера, желательно, чтобы рендереры с антиалиасингом и без него выполняли аналогичные действия в общих случаях рисования горизонтальных и вертикальных линий шириной в один пиксель на экране. Чтобы гарантировать, что включение антиалиасинга путем установки ключа подсказки KEY_ANTIALIASING на VALUE_ANTIALIAS_ON не приведет к внезапному увеличению ширины таких линий вдвое и уменьшению их непрозрачности вдвое, желательно, чтобы модель указала траекторию для таких линий, чтобы они полностью покрывали определенный набор пикселей, что поможет повысить их четкость.

Java 2D API сохраняет совместимость с поведением рендеринга JDK 1.1, так что поведение старых операций и существующих рендереров не изменяется в API Java 2D. Определены старые методы, отображающие общие методы draw и fill, что ясно показывает, как Graphics2D расширяет Graphics на основе настроек Stroke и Transform атрибутов и подсказок рендеринга. Определение выполняется одинаково при значениях атрибутов по умолчанию. Например, значение Stroke по умолчанию — это BasicStroke шириной 1 без штриховки, а преобразование по умолчанию для рисования на экране — это преобразование тождества.

Следующие два правила обеспечивают предсказуемое поведение рендеринга, независимо от того, используется ли алиасинг или антиалиасинг.

• Координаты устройства определены как расположенные между пикселями устройства, что исключает несоответствия между рендерингом с алиасингом и антиалиасингом. Если бы координаты были определены как расположенные в центре пикселя, то некоторые пиксели, покрытые фигурой, такой как прямоугольник, были бы покрыты только наполовину. При рендеринге с алиасингом наполовину покрытые пиксели либо отображались бы внутри фигуры, либо вне ее. При рендеринге с антиалиасингом пиксели по всему краю фигуры были бы покрыты наполовину. С другой стороны, поскольку координаты определены как расположенные между пикселями, фигура, например, прямоугольник, не имела бы наполовину покрытых пикселей, независимо от того, используется ли для ее рендеринга антиалиасинг.
• Линии и пути, нарисованные с использованием объекта BasicStroke, могут быть «нормализованы», чтобы обеспечить согласованное отображение контуров при размещении в различных точках области рисования и при рисовании с алиасингом или антиалиасингом. Этот процесс нормализации контролируется подсказкой KEY_STROKE_CONTROL. Точный алгоритм нормализации не указан, но цели этой нормализации заключаются в том, чтобы обеспечить согласованное визуальное отображение линий независимо от того, как они попадают на сетку пикселей, и продвинуть более четкие горизонтальные и вертикальные линии в режиме антиалиасинга, чтобы они более точно соответствовали своим аналогам без антиалиасинга. Типичным этапом нормализации может быть продвижение конечных точек антиалиасинговой линии к центрам пикселей для уменьшения количества смешивания или корректировка подпиксельного позиционирования линий без антиалиасинга, чтобы ширины линий с плавающей точкой были округлены до четных или нечетных значений пикселей с равной вероятностью. Этот процесс может смещать конечные точки до половины пикселя (обычно в сторону положительной бесконечности по обеим осям) для обеспечения этих согласованных результатов.

Следующие определения общих старых методов выполняют действия идентично ранее указанному поведению при значениях атрибутов по умолчанию:

• Для операций fill, включая fillRect, fillRoundRect, fillOval, fillArc, fillPolygon, и clearRect, fill теперь можно вызывать с требуемыми Shape. Например, при заполнении прямоугольника:

   fill(new Rectangle(x, y, w, h));
   

  .
• Аналогично, для операций рисования, включая drawLine, drawRect, drawRoundRect, drawOval, drawArc, drawPolyline, и drawPolygon, draw теперь можно вызывать с требуемыми Shape. Например, при рисовании прямоугольника:

   draw(new Rectangle(x, y, w, h));
   

  .
• Методы draw3DRect и fill3DRect были реализованы с использованием методов drawLine и fillRect в классе Graphics, которые бы определяли их поведение в контексте текущих объектов Stroke и Paint. Этот класс переопределяет эти реализации версиями, использующими только текущий Color, переопределяющими текущий Paint и использующими fillRect для описания абсолютно такого же поведения, как у существующих методов, независимо от настроек текущего Stroke.

Класс Graphics определяет только метод setColor для управления цветом, который будет окрашиваться. Так как API Java 2D расширяет объект Color для реализации нового интерфейса Paint, существующий метод setColor теперь является методом удобства для установки текущего атрибута Paint в объект Color. setColor(c) эквивалентно setPaint(c).

Класс Graphics определяет два метода для управления тем, как цвета применяются к целевому элементу.

1. Метод setPaintMode реализован как метод удобства для установки значения атрибута Composite по умолчанию, эквивалентного setComposite(new AlphaComposite.SrcOver).
2. Метод setXORMode(Color xorcolor) реализован как метод удобства для установки специального объекта Composite, который игнорирует компоненты Alpha исходных цветов и устанавливает цвет назначения в значение:

    dstpixel = (PixelOf(srccolor) ^ PixelOf(xorcolor) ^ dstpixel);