Класс Graphics2D

public abstract class Graphics2D extends Graphics

Этот класс Graphics2D расширяет класс Graphics, предоставляя более сложные средства управления геометрией, преобразованиями координат, управлением цветом и компоновкой текста. Это основной класс для отображения двумерных фигур, текста и изображений на платформе Java(tm).

Системы координат

Все координаты, передаваемые объекту Graphics2D, задаются в независимой от устройства системе координат, называемой пользовательским пространством, которая используется приложениями. Объект Graphics2D содержит объект AffineTransform в качестве части своего состояния отрисовки; он определяет, как преобразовывать координаты из пользовательского пространства в зависящие от устройства координаты пространства устройства.

Координаты в пространстве устройства обычно относятся к отдельным пикселям устройства и располагаются на бесконечно тонких промежутках между этими пикселями. Некоторые объекты Graphics2D можно использовать для записи операций отрисовки в графический метафайл, чтобы позднее воспроизвести их на конкретном устройстве с неизвестным физическим разрешением. Поскольку разрешение может быть неизвестно в момент записи операций отрисовки, объект Graphics2D Transform настраивается так, чтобы преобразовывать пользовательские координаты в виртуальное пространство устройства, приблизительно соответствующее ожидаемому разрешению целевого устройства. При воспроизведении может потребоваться применить дополнительные преобразования, если оценка оказалась неверной.

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

Каждый объект Graphics2D связан с целевым объектом, определяющим место выполнения отрисовки. Объект GraphicsConfiguration определяет характеристики цели отрисовки, например формат пикселей и разрешение. Одна и та же цель отрисовки используется в течение всего времени существования объекта Graphics2D.

При создании объекта Graphics2D объект GraphicsConfiguration задаёт преобразование по умолчанию для цели Graphics2D (объекта Component или Image). Это преобразование по умолчанию отображает систему координат пользовательского пространства в экранные координаты и координаты устройства принтера таким образом, что начало координат соответствует верхнему левому углу целевой области устройства, а координата X возрастает вправо, а координата Y — вниз. Масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается в единичное для устройств, близких к 72 точкам на дюйм, например экранных устройств. Для устройств с высоким разрешением, таких как принтеры, масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается приблизительно в 72 пользовательские координаты на квадратный дюйм. Для буферов изображений преобразованием по умолчанию является преобразование Identity.

Процесс отрисовки

Процесс отрисовки можно разделить на четыре этапа, управляемых атрибутами отрисовки Graphics2D. Средство отрисовки может оптимизировать многие из этих этапов: кэшировать результаты для будущих вызовов, объединять несколько виртуальных этапов в одну операцию или распознавать различные атрибуты как распространённые простые случаи, которые можно исключить, изменив другие части операции.

Этапы процесса отрисовки:

1. Определить, что нужно отрисовать.
2. Ограничить операцию отрисовки текущей областью Clip. Область Clip задаётся интерфейсом Shape в пользовательском пространстве и управляется программой с помощью различных методов изменения области отсечения в Graphics и Graphics2D. Эта пользовательская область отсечения преобразуется в пространство устройства с помощью текущего Transform и объединяется с областью отсечения устройства, определяемой видимостью окон и границами устройства. Пересечение пользовательской области отсечения и области отсечения устройства задаёт составную область отсечения, которая определяет итоговую область отсечения. Система отрисовки не изменяет пользовательскую область отсечения, чтобы отразить результирующую составную область отсечения.
3. Определить, какие цвета нужно отрисовать.
4. Применить цвета к целевой поверхности рисования с помощью текущего атрибута Composite в контексте Graphics2D.

Три типа операций отрисовки и подробное описание соответствующих процессов отрисовки:

1. Операции Shape
   1. Если операция является операцией draw(Shape), для создания нового объекта Shape, содержащего контур указанного объекта Shape, используется метод createStrokedShape текущего атрибута Stroke в контексте Graphics2D.
   2. Объект Shape преобразуется из пользовательского пространства в пространство устройства с помощью текущего Transform в контексте Graphics2D.
   3. Контур объекта Shape извлекается с помощью метода getPathIterator объекта Shape. Он возвращает объект PathIterator, который проходит вдоль границы объекта Shape.
   4. Если объект Graphics2D не может обрабатывать криволинейные сегменты, возвращаемые объектом PathIterator, он может вызвать альтернативный метод getPathIterator объекта Shape, который аппроксимирует объект Shape линейными сегментами.
   5. У текущего объекта Paint в контексте Graphics2D запрашивается объект PaintContext, задающий цвета для отрисовки в пространстве устройства.
2. Операции с текстом
   1. Для определения набора глифов, необходимых для отрисовки указанного объекта String, выполняются следующие действия:
      1. Если аргумент является объектом String, текущему объекту Font в контексте Graphics2D поручается преобразовать символы Unicode в объекте String в набор глифов для отображения с использованием базовых алгоритмов компоновки и формирования формы, реализованных шрифтом.
      2. Если аргумент является объектом AttributedCharacterIterator, итератору поручается преобразовать себя в объект TextLayout с использованием встроенных атрибутов шрифта. Объект TextLayout реализует более сложные алгоритмы размещения глифов, которые автоматически выполняют корректировку двунаправленной компоновки Unicode для нескольких шрифтов с разными направлениями письма.
      3. Если аргумент является объектом GlyphVector, объект GlyphVector уже содержит соответствующие коды глифов для конкретного шрифта, а также явные координаты положения каждого глифа.
   2. У текущего Font запрашиваются контуры указанных глифов. Эти контуры рассматриваются как фигуры пользовательского пространства относительно положения каждого глифа, определённого на шаге 1.
   3. Контуры символов заполняются так, как описано выше в разделе Операции Shape.
   4. У текущего Paint запрашивается объект PaintContext, задающий цвета для отрисовки в пространстве устройства.
3. Операции с изображениями Image
   1. Область интереса определяется ограничивающим прямоугольником исходного объекта Image. Этот ограничивающий прямоугольник задаётся в пространстве изображения, которое является локальной системой координат объекта Image.
   2. Если в метод drawImage(Image, AffineTransform, ImageObserver) передан объект AffineTransform, объект AffineTransform используется для преобразования ограничивающего прямоугольника из пространства изображения в пользовательское пространство. Если объект AffineTransform не указан, считается, что ограничивающий прямоугольник уже задан в пользовательском пространстве.
   3. Ограничивающий прямоугольник исходного объекта Image преобразуется из пользовательского пространства в пространство устройства с помощью текущего Transform. Обратите внимание, что в результате преобразования ограничивающего прямоугольника в пространстве устройства не обязательно получается прямоугольная область.
   4. Объект Image определяет цвета для отрисовки, выполняя выборку согласно отображению координат из источника в назначение, заданному текущим Transform и дополнительным преобразованием изображения.

Атрибуты отрисовки по умолчанию

Значения атрибутов отрисовки Graphics2D по умолчанию:

Paint

Цвет объекта Component.

Font

Объект Font объекта Component.

Stroke

Квадратное перо шириной 1, без штриховки, с соединениями сегментов типа «скос» и квадратными окончаниями.

Transform

getDefaultTransform для объекта GraphicsConfiguration объекта Component.

Composite

Правило AlphaComposite.SRC_OVER.

Clip

Без атрибутов отрисовки Clip, вывод ограничивается объектом Component.

Проблемы совместимости отрисовки

Модель отрисовки JDK(tm) 1.1 основана на модели пикселизации, согласно которой координаты бесконечно тонкие и лежат между пикселями. Операции рисования выполняются пером шириной в один пиксель, которое заполняет пиксель ниже и справа от опорной точки на контуре. Модель отрисовки JDK 1.1 соответствует возможностям большинства существующих платформенных средств отрисовки, которым необходимо преобразовывать целочисленные координаты в дискретное перо, полностью покрывающее заданное число пикселей.

API Java 2D(tm) (платформа Java(tm) 2) поддерживает средства отрисовки с сглаживанием. Перо шириной в один пиксель не обязано полностью попадать в пиксель N, а не в пиксель N+1. Перо может частично покрывать оба пикселя. Для широкого пера не нужно выбирать направление смещения, поскольку смешение цветов вдоль краёв траектории пера позволяет пользователю видеть его субпиксельное положение. С другой стороны, если сглаживание отключено установкой для ключа подсказки KEY_ANTIALIASING значения VALUE_ANTIALIAS_OFF, средству отрисовки может потребоваться применить смещение, чтобы определить, какой пиксель изменить, когда перо пересекает границу пикселя, например при рисовании вдоль целочисленной координаты в пространстве устройства. Хотя благодаря возможностям средства отрисовки со сглаживанием модели отрисовки больше не требуется задавать смещение пера, желательно, чтобы средства отрисовки со сглаживанием и без него работали одинаково в распространённых случаях рисования на экране горизонтальных и вертикальных линий шириной в один пиксель. Чтобы при включении сглаживания установкой для ключа подсказки KEY_ANTIALIASING значения VALUE_ANTIALIAS_ON такие линии внезапно не становились вдвое шире и вдвое прозрачнее, желательно, чтобы модель задавала для таких линий контур, полностью покрывающий определённый набор пикселей и повышающий чёткость линий.

API Java 2D обеспечивает совместимость с поведением отрисовки JDK 1.1: устаревшие операции и существующее поведение средств отрисовки не меняются при использовании API Java 2D. Определены устаревшие методы, соответствующие общим методам draw и fill, поведение которых чётко описано: Graphics2D расширяет Graphics в зависимости от настроек атрибутов Stroke и Transform, а также подсказок отрисовки. При настройках атрибутов по умолчанию такое определение даёт идентичное поведение. Например, по умолчанию Stroke — это BasicStroke шириной 1 без штриховки, а преобразование по умолчанию для рисования на экране является тождественным преобразованием.

Следующие два правила обеспечивают предсказуемое поведение отрисовки как со сглаживанием, так и без него.

• Координаты устройства определяются как лежащие между пикселями устройства, что позволяет избежать несогласованных результатов при отрисовке со сглаживанием и без него. Если бы координаты определялись как расположенные в центре пикселя, некоторые пиксели, покрываемые фигурой, например прямоугольником, были бы покрыты лишь наполовину. При отрисовке без сглаживания такие наполовину покрытые пиксели либо отображались бы внутри фигуры, либо за её пределами. При отрисовке со сглаживанием пиксели вдоль всего края фигуры были бы покрыты наполовину. С другой стороны, поскольку координаты определяются как лежащие между пикселями, у такой фигуры, как прямоугольник, не будет наполовину покрытых пикселей независимо от того, используется ли сглаживание.
• Линии и контуры, обводимые с помощью объекта BasicStroke, могут «нормализоваться», чтобы обеспечить единообразное отображение контуров в различных точках области рисования как при отрисовке со сглаживанием, так и без него. Этот процесс нормализации управляется подсказкой KEY_STROKE_CONTROL. Точный алгоритм нормализации не определён, но её цели — обеспечить единообразный внешний вид линий независимо от их положения на пиксельной сетке и сделать горизонтальные и вертикальные линии в режиме сглаживания более сплошными, чтобы они больше походили на линии без сглаживания. Типичный этап нормализации может смещать концы сглаживаемых линий к центрам пикселей, уменьшая степень смешения цветов, или корректировать субпиксельное положение линий без сглаживания, чтобы ширина линии с плавающей точкой с равной вероятностью округлялась до чётного или нечётного числа пикселей. Этот процесс может смещать концы линий на величину до половины пикселя (обычно в сторону положительной бесконечности по обеим осям), обеспечивая такие единообразные результаты.

Следующие определения общих устаревших методов дают то же поведение, что и ранее описанное, при настройках атрибутов по умолчанию:

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

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

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

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

  .
• Методы draw3DRect и fill3DRect были реализованы на основе методов drawLine и fillRect класса Graphics, поведение которых зависело от текущих объектов Stroke и Paint в контексте Graphics2D. Этот класс переопределяет эти реализации версиями, использующими исключительно текущий объект Color, переопределяющий текущий Paint и использующий fillRect для описания точно такого же поведения, как у существовавших ранее методов, независимо от настройки текущего Stroke.

Класс Graphics определяет только метод setColor для управления цветом рисования. Поскольку API Java 2D расширяет объект Color, реализуя новый интерфейс Paint, существующий метод setColor теперь является вспомогательным методом для установки текущего атрибута Paint в объект Color. setColor(c) эквивалентен setPaint(c).

Класс Graphics определяет два метода управления применением цветов к целевому объекту.

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

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