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 выкладкой текста. Это базовый класс для отрисовки двумерных фигур, текста и изображений на платформе Java(tm).

Пространства координат

Все координаты, передаваемые объекту Graphics2D, задаются в независимой от устройства системе координат, называемой Пространством пользователя, которое используется приложениями. Объект Graphics2D содержит объект AffineTransform в качестве части своего состояния отрисовки, который определяет способ преобразования координат из пространства пользователя в зависящие 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 с неизвестным физическим разрешением в будущем. Поскольку разрешение может быть неизвестным во время захвата операций отрисовки, Graphics2D Transform настроен на преобразование пользовательских координат в виртуальное пространство устройства, приближающее ожидаемое разрешение целевого устройства. Дополнительные преобразования могут потребоваться во время воспроизведения, если оценка неверна.

Некоторые операции, выполняемые объектами атрибутов отрисовки, происходят в пространстве устройства, но все методы Graphics2D принимают координаты пространства пользователя.

Каждый объект Graphics2D связан с целевым объектом, который определяет место выполнения 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, GraphicsConfiguration задаёт необходимое преобразование для цели Graphics2D (объекта Component или Image). Это преобразование отображает систему координат пространства пользователя на экранные и принтерные координаты устройства таким образом, что начало координат отображается в верхнем левом углу целевого региона устройства, при возрастании координат X вправо и возрастании координат Y вниз. Масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается в единичное для устройств с разрешением около 72 dpi, таких как экраны. Масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается примерно в 72 пользовательских координаты на квадратный дюйм для устройств с высоким разрешением, таких как принтеры. Для буферов изображений преобразование по умолчанию является Identity преобразованием.

Процесс отрисовки

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

Шаги процесса отрисовки:

1. Определить, что отрисовывать.
2. Ограничить операцию отрисовки текущей областью Clip. Область Clip задаётся объектом Shape в пространстве пользователя и контролируется программой с использованием различных методов управления областью для Graphics и Graphics2D. Этот клип пользователя преобразуется в пространство устройства текущим Transform и объединяется с клипом устройства, который определяется видимостью окон и областями устройства. Сочетание клипа пользователя и клипа устройства определяет составной клип, который определяет окончательную область обрезки. Клип пользователя не изменяется системой отрисовки для отражения полученной составной области обрезки.
3. Определить, какими цветами отрисовывать.
4. Применить цвета к целевой поверхности рисования, используя текущий атрибут Composite в контексте Graphics2D.

Три типа операций отрисовки, вместе с деталями каждого из их особых процессов отрисовки:

1. Shape операции
   1. Если операция является draw(Shape) операцией, 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 использованием текущего Transform в контексте Graphics2D.
   3. Контур фигуры Shape извлекается с помощью метода getPathIterator объекта Shape, который возвращает объект PathIterator, итерирующийся по границе фигуры Shape.
   4. Если объект Graphics2D не может обрабатывать криволинейные сегменты, возвращаемые объектом PathIterator, то он может вызвать альтернативный метод getPathIterator объекта Shape, который сглаживает фигуру Shape.
   5. Текущий атрибут Paint в контексте Graphics2D запрашивается для получения объекта PaintContext, который указывает цвета для отрисовки в пространстве устройства.
2. Операции с текстом
   1. Следующие шаги используются для определения набора глифов, необходимых для отрисовки указанного String:
      1. Если аргументом является String, то текущий Font в контексте Graphics2D просит преобразовать символы Юникода в String в набор глифов для представления с помощью базовых алгоритмов выкладки и форматирования шрифта.
      2. Если аргументом является объект AttributedCharacterIterator, то итератор просит преобразовать себя в TextLayout с использованием встроенных атрибутов шрифта. TextLayout реализует более сложные алгоритмы выкладки глифов, автоматически выполняющие корректировки выкладки Юникода для различных направлений письма для множественных шрифтов с разными направлениями письма.
      3. Если аргументом является объект GlyphVector, то объект GlyphVector уже содержит соответствующие глифы с явными координатами для каждого глифа.
   2. Текущий Font запрашивает контуры для указанных глифов. Эти контуры рассматриваются как фигуры в пространстве пользователя относительно положения каждого глифа, определённого на шаге 1.
   3. Контуры символов заполняются, как указано выше в Shape операциях.
   4. Текущий Paint запрашивается для получения PaintContext, который указывает цвета для отрисовки в пространстве устройства.
3. Image Операции
   1. Область интереса определяется ограничивающим прямоугольником исходного Image. Этот прямоугольник задан в пространстве изображения, которое является локальной системой координат объекта Image.
   2. Если AffineTransform передаётся в drawImage(Image, AffineTransform, ImageObserver), то AffineTransform используется для преобразования ограничивающего прямоугольника из пространства изображения в пространство пользователя. Если AffineTransform не предоставлен, ограничивающий прямоугольник рассматривается как уже находящийся в пространстве пользователя.
   3. Ограничивающий прямоугольник исходного Image преобразуется из пространства пользователя в пространство устройства с использованием текущего Transform. Следует отметить, что результат преобразования ограничивающего прямоугольника не обязательно приводит к прямоугольной области в пространстве устройства.
   4. Объект Image определяет, какие цвета отрисовывать, обращаясь к пикселям в соответствии с отображением координат из источника в назначение, заданным текущим Transform и, по желанию, преобразованием изображения.

Атрибуты отрисовки по умолчанию

Значения по умолчанию для атрибутов отрисовки Graphics2D:

Paint

Цвет Component.

Font

Font Component.

Stroke

Квадратная кисть с шириной линии 1, без пунктира, соединением сегментов типа "паз" и квадратными наконечниками.

Transform

getDefaultTransform для GraphicsConfiguration Component.

Composite

Правило AlphaComposite.SRC_OVER.

Clip

Отсутствует отрисовка Clip, вывод обрезается до Component.

Проблемы совместимости отрисовки

Модель отрисовки JDK(tm) 1.1 основана на модели пикселизации, которая определяет, что координаты являются бесконечно тонкими, расположенными между пикселями. Операции рисования выполняются с использованием кисти шириной в один пиксель, которая заполняет пиксель под и справа от точки привязки на траектории. Модель отрисовки JDK 1.1 соответствует возможностям большинства существующих платформ рендереров, которые нуждаются в преобразовании целочисленных координат в дискретную кисть, которая должна полностью находиться на определённом количестве пикселей.

API Java 2D(tm) (платформа Java(tm) 2) поддерживает рендеринг с антиалиасингом. Перо шириной в один пиксель не обязательно должно полностью попадать на пиксель N, в отличие от пикселя N+1. Перо может частично попадать на оба пикселя. Не требуется выбирать направление смещения для широкого пера, так как смешивание, происходящее вдоль границ трассировки пера, делает положение пера под пикселем видимым для пользователя. С другой стороны, при отключении антиалиасинга путем установки ключа подсказки KEY_ANTIALIASING на значение подсказки VALUE_ANTIALIAS_OFF, рендерер может потребовать применения смещения для определения пикселя, который необходимо изменить, когда перо пересекает границу пикселя, например, при рисовании по целочисленной координате в пространстве устройства. Хотя возможности рендерера с антиалиасингом делают необязательным для модели рендеринга указание смещения для пера, желательно, чтобы рендереры с антиалиасингом и без него выполняли аналогично в распространённых 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 приводит к внезапному увеличению ширины таких линий в два раза и уменьшению их непрозрачности вдвое, желательно, чтобы модель определяла путь для таких линий, чтобы они полностью покрывали определённый набор пикселей, что поможет повысить их чёткость.

Java 2D API поддерживает совместимость с поведением рендеринга JDK 1.1, так что поведение существующих операций и рендереров остаётся неизменным в API Java 2D. Определены методы старого образца, которые отображаются на общие методы draw и fill, что чётко показывает, как Graphics2D расширяет Graphics на основе настроек атрибутов Stroke и Transform и подсказок рендеринга. Определение выполняется идентично при стандартных настройках атрибутов. Например, значение по умолчанию для Stroke — это BasicStroke шириной 1 без пунктирной линии, а по умолчанию Transform для рисования на экране — это Identity transform.

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

• Координаты устройства определяются как находящиеся между пикселями устройства, что предотвращает несогласованность результатов между рендерингом с алиасингом и с антиалиасингом. Если бы координаты определялись в центре пикселя, некоторые пиксели, покрываемые фигурой, такой как прямоугольник, были бы покрыты только наполовину. При рендеринге с алиасингом полупокрытые пиксели либо отображались бы внутри фигуры, либо вне её. При рендеринге с антиалиасингом пиксели по всему краю фигуры были бы полупокрыты. С другой стороны, поскольку координаты определяются как находящиеся между пикселями, у фигуры, такой как прямоугольник, не будет полупокрытых пикселей, независимо от того, используется ли для рендеринга антиалиасинг.
• Линии и пути, проведённые с помощью объекта BasicStroke, могут быть «нормализованы» для обеспечения согласованного рендеринга контуров при позиционировании в различных точках области рисования и при рисовании с алиасингом или с антиалиасингом. Этот процесс нормализации контролируется подсказкой KEY_STROKE_CONTROL. Точный алгоритм нормализации не указан, но цели этой нормализации заключаются в обеспечении согласованного визуального представления линий, независимо от того, как они попадают на сетку пикселей, и в продвижении более сплошных горизонтальных и вертикальных линий в режиме антиалиасинга, чтобы они больше напоминали свои аналоги без антиалиасинга. Типичный шаг нормализации может заключаться в перемещении конечных точек линий с антиалиасингом в центры пикселей для уменьшения количества смешивания или в корректировке подпиксельного позиционирования линий без антиалиасинга, чтобы ширины линий с плавающей точкой округлялись до чётного или нечётного количества пикселей с равной вероятностью. Этот процесс может смещать конечные точки на половину пикселя (обычно в сторону положительной бесконечности по обеим осям) для повышения согласованности результатов.

Следующие определения общих методов старого образца выполняют идентично ранее указанному поведению при стандартных настройках атрибутов:

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

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

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

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

  вызывается.
• Методы draw3DRect и fill3DRect были реализованы в терминах методов drawLine и fillRect в классе Graphics, что обусловливало их поведение на основе текущих объектов Stroke и Paint в контексте Graphics2D. Этот класс переопределяет эти реализации версиями, использующими исключительно текущий объект Color, переопределяя текущий объект Paint и использующий fillRect для описания точно такого же поведения, как у существующих методов, независимо от настроек текущего Stroke.

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

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

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

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