Java程序设计案例教程-第11章 Java绘图与动画.ppt

第11章Java绘图与动画,第1页,本章概述本章的学习目标主要内容,本章概述,图形图像与动画等多媒体技术是当今计算机信息领域的热门话题，而且已经成为计算机中最大的应用领域。有了图形图像和动画，应用程序才变得丰富多彩，栩栩如生。传统的Java绘图与动画主要由AWT的Graphics和Graphics2D类来实现的，新的GUI框架JavaFX也对绘图和动画提供了强大的支持。本章将分别介绍传统的Java绘图与动画技术，以及JavaFX中的绘图与动画效果的应用。,第2页,本章的学习目标,掌握Graphics类提供的绘制图形的方法了解Java2D绘图掌握传统的Java多线程实现的动画技术了解消除动画中的闪烁的方法掌握JavaFX的直接在画布上绘图的方法了解JavaFX的动画效果,第3页,第4页,主要内容,11.1传统的Java绘图11.2显示图像与动画11.3JavaFX绘图与动画11.4本章小结11.5思考和练习,11.1传统的Java绘图,Java的图形都是相对于窗口绘制的，可以是applet的主窗口或子窗口，也可以是独立应用程序窗口(基于Swing的窗口也支持这些方法)。传统的Java绘图是使用AWT包中的Graphics类和Graphics2D类提供的绘图方法来绘制简单的图形。,第5页,图形直角坐标系统,使用Java绘制图形时，采用以象素为单位的直角坐标系统，这是一种对屏幕上每个点进行定位的方案，默认情况下，该坐标系统的圆点位于屏幕的左上角，向左延伸出X轴的正方向，向下延伸出Y的正方向，这和其他的编程语言是相同的。所有的图形向窗口的输出都是通过图形上下文进行的。图形上下文是由Graphics类封装的，可以通过两种方式获得图形上下文：作为参数通过方法传递，例如方法paint()或update()。通过Component的getGraphics()方法返回。,第6页,Graphics类,Graphics类是抽象类，它定义了大量方法，用于绘制各种类型的对象，例如直线、矩形和弧线。有的个方法只绘制对象的边框，有的方法则绘制填充的对象。对象以当前选择的图形颜色进行绘制和填充，默认是黑色。当对图形对象的绘制超出窗口的范围时，会自动剪裁输出。,第7页,Java2D图形,Graphics类提供的方法只能绘制宽度为1个象素的图形。如果需要绘制宽度大于1个像素的图形，则需要使用Graphics2D。这是从JDK1.2版本开始增加的类，它扩展了Graphics类。Graphics2D在几个地方增强了Graphics提供的基本功能。为了使用这种扩展的功能，需要将使用paint()等方法获得的图形上下文强制转换成Graphics2D。Graphics2D提供了以下方法来设置绘图环境的属性。voidsetBackground(Colorcolor)：设置绘图环境的背景颜色；voidsetPaint(Paintpaint)：设置绘图环境的绘图颜色；voidsetStroke(Strokes)：设置绘图环境画笔的样式。,第8页,Font类,Font类，即字体类，可以使用它来控制文本的字体及其样式。Font类提供了将字符序列映射到字形序列所需要的信息，以便在Graphics对象和Component对象上呈现字形序列。Font类的构造方法如下：Font(Fontfont);Font(Stringfontname,intstyle,intsize);其中，fontname为字体名称，是字体集合中的某个字符串，该字符串是某种字体的名称；style为字体风格，是Font类定义的静态常量，包括Font.PLAIN(下划线)，Font.BOLD(粗体)和Font.ITALIC(斜体)等，可以是多个值的组合风格，如，Font.BOLD|Font.ITALIC可以指定加粗、斜体样式；size为字体的大小。,第9页,Color类,Color类用于封装默认sRGB(standardRedGreenBlue)颜色空间中的颜色，或者用于封装由ColorSpace标识的任意颜色空间中的颜色。每种颜色都有一个隐式的alpha值1.0，或者有一个在构造方法中指定的alpha值。alpha值定义了颜色的透明度，可用一个范围在0.01.0或0255内的浮点数来表示它。alpha值为1.0或255则意味着颜色完全不透明，alpha值为0或0.0则意味着颜色完全透明。Color类定义了一些静态颜色常量，如YELLOW和yellow都表示黄色，BLUE和blue表示蓝色等。,第10页,绘制简单图形,第11页,Java2D绘图,使用Graphics2D可以绘制更丰富的Java2D图形。在绘制图形之前，通常需要使用setStroke()方法设置绘图环境的画笔样式，通过setPaint()方法设置绘图颜色。通常使用BasicStroke类来指定画笔的宽度。BasicStroke类实现了Stroke接口，该类用来定义直线的宽度、连接的样式、直线末端的样式以及虚线的样式。,第12页,Java2D绘图,Java2D可以通过setPaint()方法来设置绘图颜色，本书介绍两个比较常用的：GradientPaint和TexturePaint。GradientPaint用来定义线性渐变颜色TexturePaint类用来定义填充的材质(texture)，该类的构造方法如下：TexturePaint(BufferedImagetexture,Rectangle2Drect)其中，texture参数是一个BufferedImage对象，用来定义一个单位材质；rect参数用来复制材质。,第13页,Java2D绘图,第14页,XOR绘图模式,绘图模式指的是画笔的着色方式。默认的绘图模式为覆盖，即后绘制的图形将覆盖先前绘制的图形。Graphics类还提供了一种异或绘图模式，即XOR模式。用户可以通过setXORMode()方法来将当前的绘图模式设置为异或模式。从XOR模式返回到覆盖模式的方法是调用setPaintMode()方法。XOR模式的优点是：新对象总是保证可见，而不管在它上面绘制的颜色是什么。,第15页,XOR绘图模式,第16页,显示文本,除了绘制图形以外，Graphics类还提供了显示文本的方法drawString，在调用该方法显示文本时，还可以先设置文本的颜色和字体。,第17页,第18页,主要内容,11.1传统的Java绘图11.2显示图像与动画11.3JavaFX绘图与动画11.4本章小结11.5思考和练习,11.2显示图像与动画,图像是由专门的软件和截取图像的工具生成的二进制文件，按照不同存储图像数据形成了不同的图形种类，主要包括bmp、gif、jpeg等几种，本节将介绍Java如何处理这些现有的图像资源。虽然Graphics类提供了大量的绘图方法，但是，如果用它们来绘制比较复杂的图形，还是比较困难，所以对于复杂的图像，还是通过其他图像处理软件处理好之后，然后通过Graphics类的drawImage()方法将它加载并显示出来。,第19页,创建图像,图像的创建有多种方法，最简单的是从文件获取，通常使用ImageIO类的read方法来读取。该方法返回的是BufferedImage对象，BufferedImage是Image的子类，它描述了具有可访问图像数据缓冲区的Image。如果没有图像文件，还可以通过程序来生成一个图像，这就需要用到ImageProducer接口。该接口的定义在java.awt.image包中，该包中的FilterImageSource和MemoryImageSource类都实现了ImageProducer接口。MemoryImageSource类用来在内存中生成图像，该类的构造方法如下：MemoryImageSource(intw,inth,intpixel,intoffset,intscan)FilteredImageSource类基于已经载入的图像和图像过滤器来生成一张图片，该类的构造方法如下：publicFilteredImageSource(ImageProducerorigObj，ImageFilterimgObj);,第20页,过滤图像,过滤器的概念类似于摄影中的滤色镜。图像过滤器ImageFilter能够在图像显示之前修改图像，java.awt.image中提供了ImageFilter及其两个子类CropImageFilter和RGBImageFilter。CropImageFilter用于提取图像中指定矩形区域的图像，而RGBImageFilter用于对图像的色彩进行处理。本书案例用到了CropImageFilter过滤器，CropImageFilter的构造方法如下：publicCropImageFilter(intx,inty,intwidth,intheight);其中(x,y)为剪裁矩形的坐标，width和height为剪裁的宽度和高度。创建完图像过滤器之后，可以通过FilteredImageSource对象来将过滤器放在已有的图像源之上。,第21页,显示图像,第22页,多线程实现动画,所谓动画就是通过连续播放一系列画面，给视觉造成连续变化的图画，这是动画最基本的原理。在Java中实现动画有很多种办法，但它们实现的基本原理是一样的，即在屏幕上画出一系列的帧，给人的视觉造成运动的感觉。要在Java中实现动画效果，首先需要用Graphics类的drawImage()方法在屏幕上绘制图片，然后通过定义一个线程，使该线程睡眠一段时间，然后再显示另外一幅图片，如此依次显示，即可在屏幕上绘制出一系列的帧来做成运动的感觉，从而达到显示动画的目的。,第23页,动画技术,在制作动画的过程中，需要注意以下两个问题：装载图像需要时间，可能导致图像一部分一部分的显示；屏幕会出现闪烁现象。闪烁的原因有两个，一是绘制每一帧花费的时间太长（因为重绘时要求的计算量大）；二是在每次调用paint()方法之前，Java会用背景颜色重画整个画面，当在进行下一帧的计算时，用户看到的是背景。减弱闪烁的较好办法有两种：重载update()和使用双缓冲。,第24页,重载update()方法,在AWT组件中，当upload方法清除组件的背景时，实际是用当前的背景色重新绘制图像。重载update()方法，将以前在paint()方法中的绘图代码包含在update()中，从而避免每次重绘时将整个区域清除。所以，要消除画面闪烁就一定要重载update()方法，使该方法不会清除整个画面，而只是消除必要的部分。,第25页,使用双缓冲技术,图像双缓冲的主要原理是创建一个后台图像，将需要绘制的一帧画入图像，然后调用drawImage()方法将整个图像一次绘制到屏幕上。这种方法的好处是大部分绘制是离屏的。将离屏图像一次绘制到屏幕上比直接在屏幕上绘制要有效得多，大大提高做图的性能。双缓冲可以使动画更平滑，但也有一个缺点，那就是要分配一张后台图像，如果图像相当大，这将需要很大一块内存。当使用双缓冲技术时，应重载update()方法。、,第26页,动画案例,第27页,第28页,主要内容,11.1传统的Java绘图11.2显示图像与动画11.3JavaFX绘图与动画11.4本章小结11.5思考和练习,11.3JavaFX绘图与动画,JavaFX自动处理渲染任务，而不需要手动处理。这是JavaFX相对于Swing所做的重要改进之一。在Swing或AWT中，要想重绘窗口，必须调用repaint()方法。JavaFX删除了这种繁琐的机制，因为它会跟踪场景中显示的内容，并根据需要重新显示场景。这被称为保留模式。有了这种方法，就不需要调用repaint()这样的方法。,第29页,绘制基本图形,JavaFX的图形方法包含在java.scene.canvas包的GraphicsContext类中。这些方法可直接在画布的表面上绘制基本图形。画布由java.scene.canvas包中的Canvas类封装。在画布上绘制完图形后，JavaFX会在需要重新显示该图形的地方自动渲染。在画布上绘制基本图形的基本步骤如下：(1)首先，创建一个Canvas实例。(2)其次，必须获得一个引用该画布的GraphicsContext对象。之后就可以使用GraphicsContext在画布上绘制输出,第30页,直接在画布上绘制,Canvas类派生自Node类，因此可以用作场景图中的节点。Canvas定义了两个构造方法。一个是默认构造方法，另一个如下所示：Canvas(doublewidth,doubleheight)其中，width和height指定了画布的尺寸。为了获得引用画布的GraphicsContext，需要调用getGraphicsContext2D()方法。该方法返回画布的图形上下文。GraphicsContext定义了许多方法，可以绘制各种形状、文本和图片等，并且支持使用效果和变换。,第31页,直接在画布上绘图,除了使用GraphicsContext绘制各种图形以外，javafx.scene.shape包中还有一些用来绘制各种图形形状的类，例如Line、Rectangle、Circle等，它们都是Shape类的子类，而Shape又是Node的子类，所以这些图形都是节点，因此可以直接成为场景图的一部分。下一节在学习JavaFX动画时会用到其中几个，到时候可以体验一下另一种创建图形的方法,第32页,JavaFX动画,JavaFX中的动画可以分为时间轴动画和过渡两种。Timeline(时间轴)和Transition(过滤)都是javafx.animation.Animation的子类。1.过渡(Transitions)JavaFX中的Transition提供了在一条内部时间轴上展现动画的手段。Transition可以被组合用来创建并行或串行的多重动画。,第33页,时间轴动画,动画是由它的一些相关属性驱动的，例如大小、位置和颜色等。Timeline提供了随着时间进展更新这些属性值的能力。JavaFX支持关键帧动画(KeyFrameAnimation)。在KeyFrameAnimation中，绘图场景(GraphicalScene)的动画状态的转换是由特定时间点的Scene状态的起始和结束快照(KeyFrames，关键帧)来定义的。系统能够自动执行动画。在需要时它可以停止、暂停、恢复、反转或者重