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 и используемой приложениями. Объект Graphics2D содержит объект AffineTransform в составе своего состояния отрисовки; он определяет, как преобразовывать координаты из пользовательского пространства в зависящие от устройства координаты пространства устройства.

Координаты в пространстве устройства обычно соответствуют 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, приближённо соответствующее ожидаемому разрешению целевого устройства. Если оценка окажется неверной, при воспроизведении может потребоваться применить дополнительные преобразования.

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

Каждый объект Graphics2D связан с целью, определяющей место выполнения отрисовки. Объект GraphicsConfiguration задаёт характеристики цели отрисовки, например формат пикселей и разрешение. На протяжении всего времени существования объекта Graphics2D используется одна и та же цель отрисовки.

При создании объекта Graphics2D объект GraphicsConfiguration задаёт преобразование по умолчанию для цели объекта Graphics2D (объекта Component или Image). Это преобразование по умолчанию отображает систему координат пользовательского пространства в координаты экрана и принтера таким образом, что начало координат соответствует верхнему левому углу целевой области устройства, положительное направление оси X направлено вправо, а положительное направление оси Y — вниз. Масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается равным единице для устройств, близких к 72 точкам на дюйм, например экранов. Для устройств высокого разрешения, например принтеров, масштабирование преобразования по умолчанию устанавливается приблизительно равным 72 единицам пользовательского пространства 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 последующих вызовов, объединять несколько виртуальных этапов в одну операцию или распознавать распространённые простые случаи атрибутов и устранять их, изменяя другие части операции.

Этапы процесса отрисовки:

1. Определение того, что следует отрисовать.
2. Ограничение операции отрисовки текущей областью Clip. Область Clip задаётся объектом Shape в пользовательском пространстве и управляется программой с помощью различных методов управления отсечением класса Graphics и Graphics2D. Эта пользовательская область отсечения преобразуется в пространство устройства с помощью текущего Transform и объединяется с областью отсечения устройства, которая определяется видимостью окон и границами устройства. Объединение пользовательской области отсечения и области отсечения устройства задаёт составную область отсечения, определяющую итоговую область отсечения. Система отрисовки не изменяет пользовательскую область отсечения, чтобы отразить полученную составную область отсечения.
3. Определение цветов для отрисовки.
4. Применение цветов к целевой поверхности рисования с использованием 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), то для построения 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. Метод 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 упрощает объект Shape.
   5. У текущего объекта Paint в контексте Graphics2D запрашивается объект PaintContext, определяющий 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 аргументом является String, текущий Font в контексте Graphics2D преобразует символы Юникода в объекте String в набор глифов для отображения с использованием базовых алгоритмов компоновки и формирования текста, реализованных шрифтом.
      2. Если аргументом является AttributedCharacterIterator, итератору предлагается преобразовать себя в объект TextLayout с использованием встроенных атрибутов шрифта. Объект TextLayout реализует более сложные алгоритмы компоновки глифов, которые автоматически выполняют корректировку двунаправленного текста Юникода для нескольких шрифтов с различными направлениями письма.
      3. Если аргументом является GlyphVector, объект GlyphVector уже содержит соответствующие коды глифов для конкретного шрифта и явные координаты положения каждого глифа.
   2. У текущего Font запрашиваются контуры указанных глифов. Эти контуры рассматриваются как фигуры в пользовательском пространстве относительно положения каждого глифа, определённого на шаге 1.
   3. Контуры символов заполняются способом, описанным выше в разделе «Операции Shape».
   4. У текущего Paint запрашивается объект PaintContext, определяющий цвета для отрисовки в пространстве устройства.
3. Операции с Image
   1. Область интереса определяется ограничивающим прямоугольником исходного объекта Image. Этот ограничивающий прямоугольник задаётся в пространстве изображения — локальной системе координат объекта Image.
   2. Если объект AffineTransform передан методу drawImage(Image, AffineTransform, ImageObserver), объект AffineTransform используется для преобразования ограничивающего прямоугольника из пространства изображения в пользовательское пространство. Если объект AffineTransform не задан, считается, что ограничивающий прямоугольник уже находится в пользовательском пространстве.
   3. Ограничивающий прямоугольник исходного объекта Image преобразуется из пользовательского пространства в пространство устройства с помощью текущего Transform. Обратите внимание, что результат преобразования ограничивающего прямоугольника не обязательно является прямоугольной областью в пространстве устройства.
   4. Объект Image определяет цвета для отрисовки, выполняя выборку в соответствии с отображением координат источника в координаты назначения, заданным текущим Transform и необязательным преобразованием изображения.

Атрибуты отрисовки по умолчанию

Значения атрибутов отрисовки Graphics2D по умолчанию:

Paint

Цвет объекта Component.

Font

Объект Font для объекта Component.

Stroke

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

Transform

getDefaultTransform для объекта GraphicsConfiguration объекта Component.

Composite

Правило AlphaComposite.SRC_OVER.

Clip

Отсутствие атрибута отрисовки Clip; вывод ограничивается объектом Component.

Проблемы совместимости отрисовки

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

API Java 2D(tm) (платформа Java(tm) 2) поддерживает средства отрисовки с сглаживанием. Перу шириной в один пиксель необязательно целиком 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 смешивание цветов вдоль границ траектории пера позволяет пользователю видеть его положение с субпиксельной точностью. Однако, 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 включение сглаживания установкой для ключа подсказки KEY_ANTIALIASING значения VALUE_ANTIALIAS_ON не приводило к внезапному удвоению ширины таких линий и уменьшению их непрозрачности вдвое, желательно, чтобы модель задавала для таких линий траекторию, полностью покрывающую определённый набор пикселей и позволяющую повысить чёткость линий.

API Java 2D обеспечивает совместимость с поведением отрисовки JDK 1.1: прежние операции и существующее поведение средств отрисовки остаются неизменными в рамках API Java 2D. Определены прежние методы, соответствующие общим методам draw и fill, чтобы ясно показать, как Graphics2D расширяет Graphics в зависимости от значений атрибутов Stroke и Transform и подсказок отрисовки. При настройках атрибутов по умолчанию определение обеспечивает 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 при использовании сглаживания, так и без него.

• Координаты устройства определяются как расположенные между пикселями устройства, что позволяет избежать несогласованных результатов при сглаженной и несглаженной отрисовке. Если бы координаты определялись в центре пикселя, некоторые пиксели, покрываемые фигурой, например прямоугольником, были бы покрыты лишь наполовину. При несглаженной отрисовке такие наполовину покрытые пиксели либо отображались бы внутри фигуры, либо за её пределами. При сглаженной отрисовке пиксели вдоль всей границы фигуры были бы покрыты наполовину. Напротив, поскольку координаты определяются как расположенные между пикселями, у такой фигуры, как прямоугольник, не будет пикселей, покрытых наполовину, независимо от использования сглаживания.
• Линии и контуры, обведённые с помощью объекта BasicStroke, могут «нормализоваться», чтобы обеспечить согласованную отрисовку контуров при их расположении в разных точках области рисования и независимо от использования сглаживания. Этим процессом нормализации управляет подсказка KEY_STROKE_CONTROL. Точный алгоритм нормализации не задаётся, однако её цели — обеспечить согласованный внешний вид линий независимо от их расположения на пиксельной сетке и сделать горизонтальные и вертикальные линии более сплошными в режиме сглаживания, чтобы они больше походили на соответствующие линии без сглаживания. Типичный этап нормализации может переместить конечные точки линии со сглаживанием в центры пикселей, чтобы уменьшить смешивание цветов, либо скорректировать субпиксельное положение линий без сглаживания, чтобы округлённая до целого числа пиксельная ширина линий с плавающей точкой с одинаковой вероятностью составляла чётное или нечётное число пикселей. Этот процесс может перемещать конечные точки не более чем на половину пикселя (обычно в направлении положительной бесконечности по обеим осям), обеспечивая согласованные результаты.

Следующие определения общих прежних методов при настройках атрибутов по умолчанию обеспечивают поведение, идентичное описанному ранее:

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

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

  .
• Методы draw3DRect и fill3DRect 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 только текущий Color и игнорирующими текущий Paint; объект fillRect описывает поведение, полностью совпадающее с поведением существовавших ранее методов, независимо от значения текущего Stroke.

Класс Graphics определяет только метод setColor для управления цветом заливки. Поскольку API Java 2D расширяет объект Color, реализуя новый интерфейс Paint, существующий метод setColor теперь служит удобным способом установки текущего атрибута Paint в значение объекта Color. setColor(c) эквивалентен setPaint(c).

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

1. Метод setPaintMode реализован как удобный способ установки значения Composite по умолчанию; он эквивалентен setComposite(new AlphaComposite.SrcOver).
2. Метод setXORMode(Color xorcolor) реализован как удобный способ установки специального объекта Composite, который игнорирует компоненты Alpha исходных цветов и устанавливает для цвета назначения значение:

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