第10章 计算机绘图原理及其应用

第10章

计算机绘图原理及其应用

北京理工大学计算机系金旭亮

主要内容

■计算机绘图原理

HGDIClock程序分析

»设计打印系统

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）2

10.1计算机绘图原理

图形

蒙通过数学方法生成的规则的图案

什么是GDI+

HGDI：GraphicDeviceInterface

MGDI+是由.NETFramework中的

System.Drawing命名空间提供的一组类，它

使开发人员可以利用Windows内置的图形功

能轻松地创建图形应用程序。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）6

使用GDI+绘图

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）7

GDI+命名空间

HSystem.Drawing

HSystem.Drawing.Drawing2D

施System.Drawing.Imaging

施System.Drawing.Printing

0System.Drawing.Text

菱System.Drawing.Design

所有这些名字空间都在动态链接库

System.Drawing.DLL中。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）8

绘图表面--Graphics对象(1)

HGraphics对象：

表示可视元素的绘图界面，所有可视元素的

实际呈现是由Graphics对象来完成的

,绘图表面的特性：

(1)长大宽

(2)分辨率：像素/英寸(PPD点/英寸(DPI)

(3)颜色深度

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)9

绘图表面--Graphics对象（2）

,屏幕上的窗口

■送到打印机上的页面

鬣内存中的位图或图像

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）10

获取Graphics对象

(1)从Paint事件的参数中获取

(2)用CreateGraphics方法创建(示例工程:

DrawOnButton)

(3)对Image对象调用Graphics.Fromlmage获取

(示例工程：DrawOnImage)

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)11

图形重绘原理

as示例工程：PaintEvent

2010-9-2012

绘图基本数据结构

M点：Point（X,Y）与PointF

H矩形：Rectangle

左上角（X,Y）——右下角（X,Y）

»无所不在的矩形——每个可绘图的对象都有一

个矩形

HSize与SizeF

注意：为了避免累积误差，我们一般在图像处理当中采用

浮点坐标

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）13

矩形的重要方法

部某点是否在矩形内？Contains

0矩形的放大与缩小：Inflate（为正放大，为负缩小）

DimrectAsNewRectangle(100,100,50z50)

Dimrect2AsRectangle=Rectangle.Inflate(rectz50,50)

2010-9-2014

矩形的重要方法

»求两个矩形的交集:Intersect

H求并集：Union

M平移：Offset

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）15

颜色（1）

»颜色的RGB模型

基本颜色口

自定义颜色（Q）

色调©

饱和度⑤）

颜色亮度上）

确定添加到自定义颜色达）

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）16

颜色(2)

颜色的HSB模型

i.Hue:色调0…360

2.Saturation:饱和度0…1

3.Brightness:亮度0…1

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)17

使用颜色

H创建Color对象：

DimclrAsColor

clr=Color.FromArgb(255,255,0,255)

■另一个方法：

Color.FromKnownColor(•••)

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）18

颜色的Alpha通道（1）

»Alpha表示所呈现图形后面的对象的透明度。

Alpha混合处理的颜色对于各种底纹和透明度

效果很有用。如果需要指定Alpha部分，则

它应为Color.FromArgb方法中四个参数的第

一个参数，并且需要从0到255之间的一个

整数

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）19

颜色的Alpha通道（2）

»示例工程Alpha

2010-9-20-山小任一1-八千“歼4儿不、K?o〃一20

笔

»笔用于描绘线条（示例：LineCap）

0

吗线条谓点和线型

2010-9-20北乐埋_L大字计舁机系（不比贝）21

画刷（1）

・画刷用于填充图形

H纹理画刷实例（MyArtist）

选取图像文件

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）22

画刷（2）

H渐变画刷（示例工程：UseGradient）

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）23

字体（1）

菱对联（实例：DuiLian）

海

壁

纳

立

百

千

川

仞

有

无

容

欲

乃

则

大

刚

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）24

字体（2）

艺术字体（实例:BeautifulText）

■

吗艺术字体

厂竖行输出设置字体设置字体背景

Draw?

［水滴石穿，

水筒石穿/

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）25

路径

菱GraphicsPath：此类封装了一系列相连接的直

线、曲线、圆弧等围成的图形

M示例工程UsePath

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）26

区域

£示例工程：UseRegion

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）27

区域的有限与无限

»展示Windows的“画笔”程序

“未命名-画图□0S

要获得帮助，话在“帮助”菜单中，单击“帮助主题”.264,49

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）28

应用区域（1）

■给绘图表面指定一个文字形状的区域示例:

ArtistText

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）29

应用区域（2）

H异形窗体（示例OtherShapeForm）

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）30

坐标系（1）

»直角坐标系与屏幕坐标系

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）31

坐标系(2)

as极坐标系

x-rcos0

y=/sin8

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)32

坐标变换（1）

x平移：

g.TranslateTransform(100,75)

■£平移示例________________________百回留

原港发*

水平平移100像素，垂直平移75像素。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）33

坐标变换（2）

»平移的应用

■aForal-JteJSl

中国/、

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）34

坐标平移代码

PrivateSubForml_Paint()Handles

MyBase.Paint

DimgAsGraphics

g=e.Graphics

g.TranslateTransform(-3,-3)

g.DrawString(〃中国人〃，NewFont(〃宋体〃，

80,FontStyle.Bold),Brushes.Red,100,100)

g.ResetTransform()

g.DrawString(〃中国人〃，NewFont(〃宋体〃，

80,FontStyle.Bold),Brushes.Black,100,100)

EndSub

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）35

坐标变换（3）

H旋转

g.RotateTransform(45)

咽旋转示例曰回国

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）36

坐标变换(4)

缩放：坐标系的缩放是指坐标原点不变，但

单位长度所占的像素数目有变化

’水平放大两倍，垂直放大三倍

g.ScaleTransform(2.OF,3.OF)

2010-9-20北京理工37

坐标变换（5）

复坐标变换综合实例（RotateText）：

吗旋转的字体____________一回留

实现方法：

平移坐标系，将原

点移至屏幕中心，

Hello,World然后，再将坐标移

旋转45度，循环8次

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）38

开发绘图程序必须注意

♦岂一个绘图对象使用完毕时，最好马上调用其Dispose方法。

0示例：

PrivateSubFormlPaint(ByVaisenderAsObject,ByVaie

AsSystem.Windows.Forms.PaintEventArgs)Handles

MyBase.Paint

DimgAsGraphics

g-e.Graphics

DimpAsNewPen(Color.Blue,7)

g.DrawLine(p,10,10,50,50)

p.Dispose()

EndSub

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）39

绘制数学图案

简单的循环，创建奇特的效果

H实例CircleArea

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）41

绘制函数图形

H示例工程DrawMathFunc

36x

/(x)=1+

(x+3)2

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）42

绘制函数图形

0运行结果：

巧用递归

£实例DrawCircles

呜使用递归生成美丽的图案

开始绘制递归深度

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）44

计算机图形学

0GDI+的坐标变换功能使我们可以很方便地平移、缩放

和旋转图形。

复通过附加一人变换矩阵，应用线性代数的方法，我们

可以把图形坐标映射到某种新坐标值上，从而创造出

变形的效果。

这个矩阵在GDI+中是一个Matrix类的实例，可以被传

送给Transform系列方法。

复更多的理论请去学习计算机图形学，然后，我们就可

以使用方便强大的GDI+创建让人目瞪口呆的计算机图

形。

复推荐钻研：分形算法

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）45

补充材料:

分形技术简介

口分形之父：Mandelbrot（左上图：Voss为他做的分形头像）

□1975年出版分形几何专著《分形、机遇和维数》，标志着分形理论的诞生。

口分形是大自然的几何。

口右上图：著名的Mandelbrot集。这个点集均出自公式:Z^l=Z2n+C。他是曼德

勃罗教授在二十世纪七十年代发现的。只要你计算的点足够多，不管你把图案放

大多少倍,都能显示出更加复杂的局部.这些局部既与整体不同，又有某种相似的地

方，具有无穷无尽的细节和自相似性。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）47

分形概念

»通俗地讲，分形的本质就是局部同整体相似。

复分形是一种具有自相似特性的现象、图像或者

物理过程。也就是说，在分形中，每一组成部

分都在特征上和整体相似，只仅仅是变小了一

些而已。

麓局部都可以看成整体的副本。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）48

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）49

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）50

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）51

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）52

处理图像

怎样显示一幅图片

dimpicfilenameAsString

DimimgAsImage

'选择文件

img=NewBitmap(picfilename)

g.Drawlmage(img,0,0)

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）55

缩放图像

■方法：

Drawlmage(图像对象,图像大小)

・代码：

g.Drawlmage(img,NewRectangle(0,0,

Me.Panell.Width,Me.Height))

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）56

在图像上输出字

复获取图像对象所在容器的Graphics对象g,然

后，调用

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）57

创建图像特效

蒙图像特效是依靠对图像的像素点直接进行操作

实现的。并可对像素进行数学变换

■其方法是：

调用GetPixel得到点的颜色，然后，进行相应

处理后，再用SetPixel写回到图像中

・实例：

加亮图片

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）58

图像特效实例

M加亮图片:GetBrightPic

■L加亮图片・回国I

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）59

使用GDI+播放动画

HGIFPlayer

QGIF播放器

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）60

GIFPlayer程序分析

H使用ImageAnimator类来播放GIF动画

・使用动态事件绑定来进行画面切换

H在Form的Resize过程中创建Graphics对象

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）61

10.2GDIClock程序分析

GDI+综合实例分析：小闹钟

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）63

基本原理

»使用GDI+绘制图形

»使用时钟激发事件

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）64

如何实现程序的自动运行一背景

»什么叫注册表？展示注册表的结构与作用

注册表是一个存储设备，包含有关应用程序、用

户和默认系统设置的信息。例如，应用程序可以

使用注册表来存储在应用程序关闭后需要保留的

信息，并在应用程序重新加载时访问那些同样的

信息。

■注册表的生死轮回回到DOS时代

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）65

如何实现程序的自动运行(方案)

»实现程序自动运行的基本方法:

(1)修改注册表

(2)将程序放入“启动”菜单

(3)将程序开发为Windows服务

(4)做成病毒

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)66

如何实现程序的自动运行（实现）

建要点：

利用注册表实现程序的开机自动运行

■使用System.Win32.Registry类访问注册表

■实际代码：在类RegSettings中。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）67

如何实现程序退出时保存设置

»每次程序运行时都自动保存上次的设置参数,

这是如何做到的？

■方案：

可以利用配置文件

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）68

配置文件的内容

<configuration>

<appSettings>

<addkey="Top"value="326"/>

<addkey="Left"value=“518〃/>

<addkey二〃Width"value=〃192”/>

<addkey="Height“value="166"/>

<addkey="FillColor“value二〃LightYellow”/>

<addkey二〃TextColor"value=〃T6777216”/>

</appSettings>

</configuration>

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）69

程序退出时保存设置(实现)

»存取配置文件：AppSettings类中的代码，这

里使用了XML技术，创建XMLDocumet,然后使

用XPath来存取信息。

»窗体的LoadSettings()用于实现装入配置信

息，在窗体的Load事件中运行。

施SaveSettings(),在窗体的Closing事件中

、一/一

三仃。

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)70

程序退出时保存设置（改进）

»此程序现在不能保存渐变填充设置，请加上此

功能

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）71

创建自画菜单

・基本原理：

(1)OwnerDraw属性

(2)Measureltem事件决定菜单项的大小

(3)Drawltem事件绘出菜单

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)72

绘制时钟

»整个时钟的代码被封装成一个类

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）73

何时绘制时钟？

H主窗体的frmClock_Paint事件过程

Me.SetStyle(Controlstyles.ResizeRedraw,

True),在改变窗体大小时重绘

罐Draw。有两个重载的方法，一个用于绘制数字

时钟，一个用于绘制模拟时钟

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)74

怎样实现平滑的时钟显示？

夏关键处理好Paint事件

,导致窗体闪烁的罪魁祸首是谁？

解决之道：

（1）只重绘部分区域

（2）使用抠俊冲/

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）75

在Clock类中

H在Draw。中设定InvalidRegion属性

,在任何需要重绘的地方，调用：

ParentForm.Invalidate(InvalidRegion)

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)76

使用双缓冲

■示例中问题的解决方案

蒙在FormLoad过程中使用双缓冲

Me.SetStyle(Controlstyles.AHPaintinglnWmPaintOr

Controlstyles.UserPaintOrControlstyles.DoubleBuffer,

True)

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）77

怎样显示或不显示窗体边框？

・再次利用窗体的Region属性，代码在：

PublicSubClipForm(ByVaiClipAsBoolean)

由ToggleFrame()所调用。

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)78

绘制时钟

»数学中的知识：坐标变换

»请自行研究相关代码

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）79

让时钟“走”

PublicSubNew(ByVaiParentAsForm)

ParentForm=Parent

ClockTimer二NewTimer()

ClockTimer.Interval=100，注意：为何不是一^秒？

AddHandlerClockTimer.Tick,AddressOfClockTimerTick

ClockTimer.Enabled=True

EndSub

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）80

实现闹钟

HClockTimer_Tick()中处理时间到，通过设

置ClockFiliBrush属性并刷新实现闪烁

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)81

释放资源

HPrivateSubDispose()Implements

IDisposable.Dispose

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）82

可能的改进

,如何将此程序放入托盘中？

■给程序加上音乐闹钟功能

蒙封装此Clock为DLL,并提供可以激发的事件接

口，定时提醒。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）83

10.3设计打印系统

编程实现打印的基本原理

H获取打印机Graphics对象

H在打印机Graphics对象上绘图

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）85

文件打印

器思索：

为何打印的类全部放在

ImportsSystem.Drawing.Printing下？

,这是因为绘图与打印本质是一样的。

38求同存异的思维方式

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）86

打印文本与图形

H示例工程：PrintExamplel

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）87

打印作业与打印事件

照在・net框架的打印模块中，打印的内容是由应

用程序逻辑直接提供的。打印作业是由

PrintDocument.Print方法初始化的，这就开始

了打印作业，然后，引发一个戢多个PrintPage

事件。通过在此事件中提供处理代码，就能指

定要打印的内容。

蠹打印作业中的每个页面都会引发一个PrintPage

事件，所以，方法必须能够实现某些功能以跟

踪打印作业，并且确保被打印的多页面文档的

页面连续。否则，文档的第一页将会被打印多

次。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）88

使用PrintDocument组件

使用PrintDocumentl_PrintPage()事件向打印

机传送数据，注意其参数e的类型

2010-9-20北京理工大学计算机系(共98页)89

PringPageEventArgs对象

»与打印相关的信息被封装到

PringPageEventArgs对象中。使用其Graphic

对象可以绘图。

H通过计算基于MarginBounds方框的打印坐标，

可以指定打印发生在页边距之内。发生在页边

距之外的打印，如页眉和页脚，可以通过计算

基于PageBounds方框的打印坐标来指定。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）90

使用PrintDocument组件

»HasMorePage属性用于控制是否继续激发

PrintPage事件。

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）91

控制打印

H示例工程PrinterExample3

2010-9-20北京理工大学计算机系（共98页）92

打印预览

H实例：PrintExample5

噌打印预览阳

/Q，圆国画图画一―亲记一页目

;?n:

1••G・，ff•»*t—।

:i::ru;;nrzn^4l^:x»r3:=■:

««m«.AWBa«*<«at；«••一«■«，i.•*'!•0.■*■«

••-■—，«.v•••MLtr«*MiRU«*««^

*»

••••»••«・••«••**•••»..■••••••

•**««•»•-•・•，«>V9・.y•・・・》・・，・a”・・，ww・・・・o6

**••M«o0・4・(*♦

■・♦・，••>•■•-.4WW••«

♦♦♦♦W•••'«T

•**-9TUK»vr*.•«>*'•，>9•■«*，w・w

•・X・«•»•W»«.V»«W.•«*.«♦.

•V■*«*••»J•:0'E(■・--•*««•«■«*T

♦■■・，i»vatx»««•->*••-•«^*rv«A

・1・,A4•<*v：»<—wwi*r-»wr4ut1：«rrt«>tM»>

•*«■-V*BeBJL»»fMWM)»•*|

••••••••••••Uwwt-*a-««7•«r-«・••

・・・，・»、，»♦・・«/«•*■•'•#<4・，«-，4F，・・・•♦•*••4M«