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, которая используется приложениями. Объект Graphics2D содержит объект AffineTransform в составе 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 выравниваются 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 более позднее время. Поскольку разрешение может быть неизвестно при захвате операций отрисовки, Graphics2D Transform настроен на преобразование координат пользователя в виртуальное пространство устройства, которое приближает ожидаемое разрешение целевого устройства. Дополнительные преобразования могут потребоваться в момент воспроизведения, если оценка окажется неверной.

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, где происходит отрисовка. 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 задает преобразование по умолчанию для целевого объекта Graphics2D (объекта Component или Image). Это преобразование по умолчанию отображает систему координат пространства пользователя на координаты устройств экрана и принтера таким образом, что начало отсчёта отображается в верхнем левом углу целевого региона устройства, увеличивающиеся координаты X простираются вправо, а увеличивающиеся координаты Y простираются вниз. Масштабирование преобразования по умолчанию установлено в единичное значение для устройств, близких к 72 dpi, таких как устройства экрана. Масштабирование преобразования по умолчанию установлено приблизительно 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, которые контролируются атрибутами отрисовки Graphics2D. Рендерер может оптимизировать многие из этих шагов, кэшируя результаты для будущих вызовов, объединяя несколько виртуальных шагов в одну операцию или распознавая различные атрибуты как общие простые случаи, которые можно устранить, 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 управляется программой с помощью различных методов изменения обрезки Graphics и Graphics2D. Этот клип пользователя преобразуется в пространство устройства текущим Transform и объединяется с клипом устройства, который определяется видимостью окон и областями устройства. Комбинация клипа пользователя и клипа устройства определяет составной клип, который определяет конечную область обрезки. Клип пользователя не изменяется системой отрисовки, чтобы отразить результирующую составную область обрезки.
3. Определить цвета для отрисовки.
4. Применить цвета к целевой поверхности рисования, используя текущий атрибут Composite в контексте Graphics2D.

Три типа операций отрисовки вместе с подробностями каждого из их конкретных процессов отрисовки:

1. Shape операции
   1. Если операция является операцией draw(Shape), то метод createStrokedShape текущего атрибута Stroke в контексте Graphics2D используется для построения нового объекта Shape, содержащего контур указанной фигуры Shape.
   2. 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, который итерирует по границе Shape.
   4. Если объект Graphics2D не может обрабатывать криволинейные сегменты, возвращаемые объектом PathIterator, то он может вызвать альтернативный метод getPathIterator объекта Shape, который сглаживает Shape.
   5. Текущий атрибут Paint в контексте Graphics2D запрашивается для получения объекта PaintContext, который задаёт 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 атрибут Font в контексте Graphics2D запрашивается для преобразования символов Юникода в String в набор глифов для представления с любыми базовыми алгоритмами выравнивания и формирования, которые реализует шрифт.
      2. Если аргументом является AttributedCharacterIterator, итератор запрашивается для преобразования себя в TextLayout с использованием встроенных атрибутов шрифта. TextLayout реализует более сложные алгоритмы выравнивания глифов, которые автоматически выполняют корректировки выравнивания Юникода для множественных шрифтов с разными направлениями письма.
      3. Если аргументом является GlyphVector, то объект GlyphVector уже содержит соответствующие глифы шрифта со явными координатами для позиции каждого глифа.
   2. Текущий Font запрашивается для получения контуров 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 разделе Shape операции.
   4. Текущий Paint запрашивается для получения объекта PaintContext, который определяет цвета для отрисовки в пространстве устройства.
3. Image операции
   1. Область интереса определяется границами рамки исходного Image. Эта рамка задаётся в пространстве изображения, которое является локальной системой координат объекта Image.
   2. Если AffineTransform передаётся в drawImage(Image, AffineTransform, ImageObserver), то AffineTransform используется для преобразования рамки из пространства изображения в пространство пользователя. Если AffineTransform не указан, рамка обрабатывается как уже находящаяся в пространстве пользователя.
   3. Рамка исходного Image преобразуется из пространства пользователя в пространство устройства с использованием текущего Transform. Обратите внимание, что результат преобразования рамки необязательно приводит к прямоугольной области в пространстве устройства.
   4. Объект Image определяет цвета для отрисовки, сэмплированные в соответствии с отображением координат источника на координаты назначения, указанным текущим Transform и, необязательным, преобразованием изображения.

Атрибуты отрисовки по умолчанию

Значения по умолчанию для атрибутов отрисовки Graphics2D:

Paint

Цвет Component.

Font

Font Component.

Stroke

Квадратная ручка с шириной линии 1, без пунктира, соединениями сегментов типа срез и квадратными концами.

Transform

Объект getDefaultTransform для GraphicsConfiguration Component.

Composite

Правило AlphaComposite.SRC_OVER.

Clip

Нет операций 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, лежащими между пикселями. Операции рисования выполняются с помощью пера шириной в один пиксель, заполняющего пиксель ниже и справа от точки привязки на траектории. Модель отрисовки JDK 1.1 согласуется со способностями большинства существующих платформ рендеринга, которые должны решать целочисленные координаты до дискретного пера, которое должно полностью находиться на заданном количестве пикселей.

API Java 2D(tm) (Java(tm) 2 platform) поддерживает обработку сглаживания. Перо шириной в один пиксель не обязательно должно полностью лежать на пикселе N, в отличие от пикселя N+1. Перо может частично лежать на обоих пикселях. Не нужно выбирать направление смещения для широкого пера, так как смешивание, происходящее вдоль краёв траектории пера, делает положение подпикселей пера видимым для пользователя. С другой стороны, при отключении сглаживания путём установки ключа KEY_ANTIALIASING в значение VALUE_ANTIALIAS_OFF, рендерер, возможно, должен применить смещение для определения пикселя, который следует изменить, когда перо пересекает границу пикселя, например, когда оно рисуется вдоль целой координаты в пространстве устройства. Хотя возможности рендеринга со сглаживанием делают необязательным для модели рендеринга указание смещения для пера, желательно, чтобы рендереры со сглаживанием и без него выполнялись аналогично в распространённых случаях рисования горизонтальных и вертикальных линий шириной в один пиксель на экране. Для того чтобы включение сглаживания путём установки ключа KEY_ANTIALIASING в значение VALUE_ANTIALIAS_ON не приводило к внезапному увеличению ширины таких линий вдвое и уменьшению их непрозрачности вдвое, желательно, чтобы модель определяла траекторию для таких линий, чтобы они полностью покрывали определённый набор пикселей для повышения их чёткости.

Java 2D API сохраняет совместимость с поведением рендеринга JDK 1.1, так что поведение старых операций и существующих рендереров не меняется в API Java 2D. Определены старые методы, которые отображаются на общие draw и fill методы, что чётко показывает, как Graphics2D расширяет Graphics на основе настроек Stroke и Transform атрибутов и параметров рендеринга. Определение выполняется идентично в стандартных настройках атрибутов. Например, стандартный Stroke представляет собой BasicStroke шириной 1 без пунктирной линии, а стандартный преобразование для рисования на экране — это тождественное преобразование.

Следующие два правила обеспечивают предсказуемое поведение рендеринга как при использовании сглаживания, так и без него.

• Координаты устройства определены как расположенные между пикселями устройства, что предотвращает несоответствия между рендерингом со сглаживанием и без него. Если бы координаты были определены в центре пикселя, некоторые пиксели, покрываемые фигурой, такой как прямоугольник, были бы покрыты только наполовину. При рендеринге без сглаживания такие наполовину покрытые пиксели либо отображались бы внутри фигуры, либо за её пределами. При рендеринге со сглаживанием пиксели по всей границе фигуры были бы покрыты наполовину. С другой стороны, так как координаты определены как расположенные между пикселями, фигура, такая как прямоугольник, не будет иметь наполовину покрытых пикселей, независимо от того, используется ли для её рендеринга сглаживание.
• Линии и контуры, нарисованные с помощью объекта BasicStroke, могут быть «нормализованы» для обеспечения согласованного рендеринга контуров при размещении в различных точках рисуемого объекта и при рисовании со сглаживанием или без него. Этот процесс нормализации контролируется параметром KEY_STROKE_CONTROL. Точный алгоритм нормализации не указан, но цели этой нормализации заключаются в том, чтобы обеспечить согласованный визуальный вид линий независимо от того, как они попадают на сетку пикселей, и способствовать более чётким горизонтальным и вертикальным линиям в режиме сглаживания, чтобы они больше напоминали свои аналоги без сглаживания. Типичный шаг нормализации может включать перемещение конечных точек сглаженных линий в центры пикселей для уменьшения смешивания или корректировку положения подпикселей линий без сглаживания таким образом, чтобы ширина линий с плавающей точкой округлялась до чётного или нечётного количества пикселей с равной вероятностью. Этот процесс может сдвигать конечные точки на полпикселя (обычно в сторону положительной бесконечности по обеим осям) для обеспечения этих согласованных результатов.

Следующие определения общих старых методов 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 нужным Shape. Например, при заливке прямоугольника вызывается

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

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

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

  .
• Методы draw3DRect и fill3DRect были реализованы с помощью методов drawLine и fillRect в классе Graphics, что определяло их поведение на основе текущих объектов Stroke и Paint в контексте Graphics2D. Этот класс перезаписывает эти реализации версиями, которые используют только текущий объект Color, перезаписывая текущий объект Paint и использует fillRect для описания точно такого же поведения, как у существующих методов, независимо от настройки текущего Stroke.

Класс Graphics определяет только метод setColor для управления цветом, который будет нанесён. Поскольку API Java 2D расширяет объект Color для реализации нового интерфейса Paint, существующий метод setColor теперь является удобным методом 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 получателю.

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

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

   .