Java應用程序中創建圖像

2020-07-27 21:47:10

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合成圖像

　　您不必從文件中讀取所有的圖像 ― 您可以創建自己的圖像。要創建自己的圖像，最靈活的方法是用一個 BufferedImage 對象，它是 Image 類的一個子類，它把圖像數據存儲在一個可以被訪問的緩沖區中。它還支持各種存儲像素數據的方法：使用或不使用 alpha 通道、不同種類的顏色模型以及顏色組件的各種精確度。ColorModel 類提供一種靈活的方法定義各種顏色模型，以和 BufferedImage 對象一起使用。為了理解顏色模型工作的基本知識，我們將只使用一個缺省的顏色模型，其顏色組件由 RGB 值和一個緩沖類型（存儲 8 位的 RGB 顏色值加上一個 alpha 通道）組成。這一緩沖類型由 BufferedImage 類中的常量 TYPE_INT_ARGB 指定，它意味著每個像素要用一個 int 值。每個像素的值是以 8 位字節形式存儲一個 alpha 組件加上 RGB 顏色組件。我們可以用給定的寬度和高度創建一個這種類型的 BufferedImage 對象，代碼語句如下：

　　int width = 200;
　　int height = 300;
　　BufferedImage image = new BufferedImage(width,
　　height,BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);

　　這段代碼創建了一個 BufferedImage 對象，它代表一個 200 像素寬、300 像素高的圖像。為了應用這個圖像，我們需要有圖形上下文，而 BufferedImage 對象的 createGraphics() 方法就返回一個與該圖像相關的 Graphics2D 對象：

　　int width = 200;
　　Graphics2D g2D = image.createGraphics();

　　使用 g2D 對象的操作會修改 BufferedImage 對象 image 的像素。利用這個對象，您現在完全有能力應用 BufferedImage 對象。您可以繪制形狀、圖像、GeneralPath 對象或任何別的東西，還可以為圖形上下文設置 alpha 組合對象。您同時還擁有 Graphics2D 對象提供的全部仿射變形能力。

　　如果要從 BufferedImage 對象獲取單個像素，可以通過調用它的 getRGB() 方法，并提供該像素的 x,y 坐標作為 int 類型的參數。這個像素會按 TYPE_INT_ARGB 格式以 int 類型返回，它由四個 8 位的值（代表 alpha 值和 RGB 顏色組件）組成一個 32 位字。同時 getRGB() 還有一個重載的版本，它從一部分圖像數據中返回一個像素數組。您也可以通過調用 setRGB() 方法來設置單個像素。前兩個參數是該像素的坐標值，第三個參數是待設定的值，類型為 int。這個方法也有一個版本可以設置像素數組的值。

　　至此我們已經完成了像素操作的學習。下面我們要建立一個 applet，它在 Wrox 徽標背景上使 BufferedImage 對象具有動畫效果。我們的示例還將演示怎樣能讓圖像局部透明。applet 的基本內容如下所示：

　　import java.awt.*;
　　import java.awt.image.*;
　　import java.awt.geom.*;
　　import javax.swing.*;

　　public class ImageDrawDemo extends JApplet
　　{
　　// The init() method to initialize everything...
　　// The start() method to start the animation...
　　// The stop() method to stop the animation...
　　// The ImagePanel class defining the panel displaying the animation...
　　// Data members for the applet...
　　}

　　創建一個圖像

　　一個子圖形是一個小的圖形圖像，可以將其繪制在靜態圖像以創建動畫。要創建動畫效果，您只要隨著時間推移，在不同的位置和方向上繪制子圖形。當然，利用坐標系的變形可以使之簡化許多。游戲經常使用子圖形 ― 由于您只需要在一個靜態背景上繪制子圖形，所以可以使動畫所占用的處理器的時間大大減少。我們對使用 BufferedImage 對象的興趣意味著我們將不再花費精力去研究減少處理器時間的最佳技術，而是把注意力放在理解怎樣才能在一個程序內部創建和使用圖像上。

　　我們的 BufferedImage 對象看上去如圖 1 中的圖像：

　　圖 1. BufferedImage 子圖形

　　這個圖像是一個以 spriteSize 為邊長的正方形。圖像其它部分的尺寸值都與這個邊長相關。實際上這里只有兩個幾何實體，一條線和一個圓，都在不同位置和方向重復出現。如果我們創建一個 Line2D.Double 對象代表線，創建一個 Ellipse2D.Double 對象代表圓，那么我們就可以通過移動用戶坐標系和畫這兩個對象中的一個或其它的對象而畫出整個圖像。

　　如果是按真正面向對象的方法，應該定義一個類代表一個子圖形，可能是作為 BufferedImage 的一個子類，但由于我們是在探索使用 BufferedImage 對象的技巧，因此用一個 createSprite() 方法來畫出 BufferedImage 對象上的子圖形會更適合我們的目的。因為該方法只是我們的 applet 類的一個成員，所以我們將為 applet 添加數據成員以存儲任何需要的數據。您可以把我們將使用的數據成員插入到 applet 類中，如下所示：

　　double totalAngle; // Current angular position of sprite
　　double spriteAngle; // Rotation angle of sprite about its center
　　ImagePanel imagePanel; // Panel to display animation

　　BufferedImage sprite; // Stores reference to the sprite
　　int spriteSize = 100; // Diameter of the sprite
　　Ellipse2D.Double circle; // A circle - part of the sprite
　　Line2D.Double line; // A line - part of the sprite

　　// Colors used in sprite
　　Color[] colors = {Color.red , Color.yellow, Color.green , Color.blue,
　　Color.cyan, Color.pink , Color.magenta, Color.orange};

　　java.util.Timer timer; // Timer for the animation
　　long interval = 50; // Time interval msec between repaints

　　這些成員的一般用途可以從注釋中清楚地看到。下面我們要看一看開發代碼時它們是怎樣被使用的。

　　createSprite() 方法需要做的第一件事就是創建 BufferedImage 對象 sprite，然后我們還需要一個 Graphics2D 對象用于在 sprite 圖像上繪畫。下面就是完成這些操作的代碼：

　　BufferedImage createSprite(int spriteSize)
　　{
　　// Create image with RGB and alpha channel
　　BufferedImage sprite = new BufferedImage(spriteSize, spriteSize,
　　BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);

　　Graphics2D g2D = sprite.createGraphics(); // Context for buffered image
　　// plus the rest of the method...
　　}

　　sprite 對象的寬和高的值都是 spriteSize，圖像的類型為 TYPE_INT_ARGB，就是說每個像素的 alpha 值和顏色組件是以一個單獨的 int 值存儲的，而顏色是以 8 位的紅、綠、藍組件的形式存儲的。這意味著我們的 sprite 圖像將占用 40,000 字節，這只是瀏覽一個網頁會占用的內存的很小一部分。而這并不影響網頁的下載時間，因為在執行 applet 的時候，這部分內存是在本地機器上被分配的。除了作為網頁本身的 HTML 文件的內容外，下載時間還取決于 applet 的 .class 文件的大小，以及在它執行時下載的圖像或其它文件。

　　　創建一個透明的背景

　　在 sprite 圖像中，alpha 通道是很重要的，因為我們希望背景能完全透明。在繪畫過程中，只有 sprite 對象本身應該是可見的，而不是整個 100×100 的矩形圖像。我們可以很容易地實現這一目的，只要開始先使整個 sprite 圖像區域透明（即，alpha 值為 0.0f），然后把我們想要畫的圖形繪制在上面，使之不透明（alpha 值為 1.0f）。以下是使整個圖像透明的代碼：

　　// Clear image with transparent alpha by drawing a rectangle
　　g2D.setComposite(AlphaComposite.getInstance(AlphaComposite.CLEAR, 0.0f));
　　Rectangle2D.Double rect = new Rectangle2D.Double(0,0,spriteSize,spriteSize);
　　g2D.fill(rect);

　　我們首先使用 AlphaComposite 對象按照 CLEAR 規則設置 alpha 合成值，把顏色組件設置為零，又通過設置 alpha 值為 0.0f，使之透明。然后我們填充一個覆蓋整個圖像區域的矩形。我們不必設置顏色值，因為根據 CLEAR 規則，每個像素的前景和背景色所占成分都是零，所以這兩者都不參與像素的生成。但我們仍要填充該矩形，因為這將確定被操作的圖像像素。

　　這里，我們可以稍微了解一下怎樣控制圖像的質量。

　　著色微調

　　對著色操作的許多方面而言，都有一個在質量和速度間選擇的問題。著色操作就像大多數事情一樣 ― 質量是需要代價的，而這里的代價就是處理時間。所有的著色操作都有缺省設置，其中存在一個選擇，缺省設置是特定于平臺的，但您可以通過調用用于著色的 Graphics2D 對象的 setRenderingHint() 方法自己選擇。雖然只有一些微調，如果您的計算機不支持與您指定的微調相對應的著色操作選項，這些微調就無法生效。

　　通過添加以下對 createSprite() 方法的調用，可以確保得到由我們的 alpha 合成操作可能生成的最好效果。

　　BufferedImage createSprite(int spriteSize)
　　{
　　// Create image with RGB and alpha channel
　　BufferedImage sprite = new BufferedImage(spriteSize, spriteSize, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);

　　Graphics2D g2D = sprite.createGraphics(); // Context for buffered image

　　// Set best alpha interpolation quality
　　g2D.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ALPHA_INTERPOLATION,
　　RenderingHints.VALUE_ALPHA_INTERPOLATION_QUALITY);

　　// Clear image with transparent alpha by drawing a rectangle
　　g2D.setComposite(AlphaComposite.getInstance(AlphaComposite.CLEAR, 0.0f));
　　Rectangle2D.Double rect = new Rectangle2D.Double(0,0,spriteSize,spriteSize);
　　g2D.fill(rect);

　　// plus the rest of the method...
　　}

　　RenderingHints 類定義了多種著色微調，它們存儲在一個映射集的 Graphics2D 對象里。 setRenderingHint() 方法的參數是一個鍵以及對應的鍵值。在我們的代碼中，第一個參數是代表 alpha 合成微調的鍵，第二個參數是該微調的值。該微調的其它可能的值有 VALUE_ALPHA_INTERPOLATION_DEFAULT，代表平臺缺省值；以及 VALUE_ALPHA_INTERPOLATION_SPEED，代表追求速度而不是質量。

　　您還可以為下面的鍵提供微調：

　　鍵描述
　　KEY_ANTIALIASING決定是否使用抗鋸齒。當著色有傾斜角度的線時，通常會得到一組階梯式的像素排列，使這條線看上去不平滑，經常被稱為鋸齒狀圖形?？逛忼X是一種技術，它設置有傾斜角度的線的像素亮度，以使線看起來更平滑。因此，這個微調是用來決定在著色有傾斜角度的線時是否在減少鋸齒狀圖形上花費時間?？赡艿闹涤?VALUE_ANTIALIAS_ON, _OFF 或 _DEFAULT。
　　KEY_COLOR_RENDERING控制顏色著色的方式?？赡艿闹涤?VALUE_COLOR_RENDER_SPEED, _QUALITY 或 _DEFAULT。
　　KEY_DITHERING控制如何處理抖動。抖動是用一組有限的顏色合成出一個更大范圍的顏色的過程，方法是給相鄰像素著色以產生不在該組顏色中的新的顏色幻覺。可能的值有 VALUE_DITHER_ENABLE, _DISABLE 或 _DEFAULT。
　　KEY_FRACTIONALMETRICS文本的質量。可能的值有 VALUE_FRACTIONALMETRICS_ON, _OFF 或 _DEFAULT。
　　KEY_INTERPOLATION確定怎樣做內插。

　　在對一個源圖像做變形時，變形后的像素很少能夠恰好對應目標像素位置。在這種情況下，每個變形后的像素的顏色值不得不由周圍的像素決定。

　　內插就是實現上述過程。有許多可用的技術?？赡艿闹?，按處理時間從最多到最少，是 VALUE_INTERPOLATION_BICUBIC, _BILINEAR 或 _NEAREST_NEIGHBOR。

　　KEY_RENDERING 確定著色技術，在速度和質量之間進行權衡?？赡艿闹涤?VALUE_RENDERING_SPEED, _QUALITY 或 _DEFAULT。

　　KEY_TEXT_ANTIALIASING 確定對文本著色時是否抗鋸齒。可能的值有 VALUE_TEXT_ANTIALIASING_ON, _OFF 或 _DEFAULT。

　　我們繞得已經夠遠了。讓我們回到繪制 sprite 上……