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Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger

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Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom
Programmieren für die Java 2-Plattform in der Version 5
Java ist auch eine Insel

Java ist auch eine Insel
5., akt. und erw. Auflage
1454 S., mit CD, 49,90 Euro
Galileo Computing
ISBN 3-89842-747-1
gp Kapitel 14 Grafikprogrammierung mit dem AWT
  gp 14.1 Das Abstract-Window-Toolkit
    gp 14.1.1 Java Foundation Classes
  gp 14.2 Das Toolkit
  gp 14.3 Fenster unter grafischen Oberflächen
    gp 14.3.1 AWT-Fenster darstellen
    gp 14.3.2 Swing-Fenster darstellen
    gp 14.3.3 Sichtbarkeit des Fensters
    gp 14.3.4 Größe und Position des Fensters verändern
    gp 14.3.5 Hauptprogramm von Frame/JFrame ableiten
    gp 14.3.6 Fenster- und Dialog-Dekoration
  gp 14.4 Grundlegendes zum Zeichnen
    gp 14.4.1 Die paint()-Methode für das AWT-Frame
    gp 14.4.2 Zeichen von Inhalten mit JFrame
    gp 14.4.3 Auffordern zum Neuzeichnen mit repaint()
    gp 14.4.4 Die ereignisorientierte Programmierung ändert Fensterinhalte
  gp 14.5 Einfache Zeichenfunktionen
    gp 14.5.1 Grundbegriffe: Koordinaten, Punkte, Pixel
    gp 14.5.2 Linien
    gp 14.5.3 Rechtecke
    gp 14.5.4 Ovale und Kreisbögen
    gp 14.5.5 Polygone und Polylines
  gp 14.6 Zeichenketten schreiben
    gp 14.6.1 Einen neuen Zeichensatz bestimmen
    gp 14.6.2 Ableiten eines neuen Fonts aus einem gegebenen Font
    gp 14.6.3 Zeichensätze des Systems ermitteln
    gp 14.6.4 Die Klasse FontMetrics
    gp 14.6.5 True Type Fonts
  gp 14.7 Clipping-Operationen
  gp 14.8 Farben
    gp 14.8.1 Zufällige Farbblöcke zeichnen
    gp 14.8.2 Farbanteile zurückgeben
    gp 14.8.3 Vordefinierte Farben
    gp 14.8.4 Farben aus Hexadezimalzahlen erzeugen
    gp 14.8.5 Einen helleren oder dunkleren Farbton wählen
    gp 14.8.6 Farbmodelle HSB und RGB
    gp 14.8.7 Die Farben des Systems
  gp 14.9 Bilder anzeigen und Grafiken verwalten
    gp 14.9.1 Bilder laden: eine Übersicht
    gp 14.9.2 Bilder über Toolkit laden für Applikationen
    gp 14.9.3 Bilder in Applets
    gp 14.9.4 Asynchrones Laden mit getImage() und dem MediaTracker
    gp 14.9.5  Programm-Icon/Fenster-Icon setzen
    gp 14.9.6 Das Image zeichnen
    gp 14.9.7 Grafiken zentrieren
    gp 14.9.8 Bilder im Speicher erzeugen
    gp 14.9.9 Kein Flackern durch Double-Buffering
    gp 14.9.10 Bilder skalieren
    gp 14.9.11 VolatileImage
    gp 14.9.12 Bilder lesen mit ImageIO
    gp 14.9.13 Schreiben mit ImageIO
    gp 14.9.14 Kann ImageIO ein Format behandeln?
    gp 14.9.15 Komprimieren mit ImageIO
    gp 14.9.16 Bilder im GIF-Format speichern
    gp 14.9.17 Gif speichern mit dem ACME-Paket
    gp 14.9.18 JPEG-Dateien mit dem Sun-Paket schreiben
    gp 14.9.19 Java Image Management Interface (JIMI)
  gp 14.10 Java 2D-API
    gp 14.10.1 Grafische Objekte zeichnen
    gp 14.10.2 Geometrische Objekte durch Shape gekennzeichnet
    gp 14.10.3 Zeichenhinweise durch RenderingHints
    gp 14.10.4 Windungs-Regel
    gp 14.10.5 Dicke und Art der Linien bestimmen
    gp 14.10.6 Transformationen mit einem AffineTransform-Objekt
  gp 14.11 Von Produzenten, Konsumenten und Beobachtern
    gp 14.11.1 Producer und Consumer für Bilder
    gp 14.11.2 Beispiel für die Übermittlung von Daten
    gp 14.11.3 Bilder selbst erstellen
    gp 14.11.4 Die Bildinformationen wieder auslesen
  gp 14.12 Filter
    gp 14.12.1 Grundlegende Eigenschaft von Filtern
    gp 14.12.2 Konkrete Filterklassen
    gp 14.12.3 Mit CropImageFilter Teile ausschneiden
    gp 14.12.4 Transparenz
  gp 14.13 Drucken
    gp 14.13.1 Drucken mit dem einfachen Ansatz
    gp 14.13.2 Ein PrintJob
    gp 14.13.3 Drucken der Inhalte
    gp 14.13.4 Komponenten drucken
    gp 14.13.5 Den Drucker am Parallelport ansprechen
    gp 14.13.6 Bekannte Drucker
  gp 14.14 Grafikverarbeitung ohne grafische Oberfläche
    gp 14.14.1 Xvfb-Server
    gp 14.14.2 Pure Java AWT Toolkit (PJA)


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14.5 Einfache Zeichenfunktionedowntop

Im Folgenden wollen wir Beispiele für Zeichenfunktionen kennen lernen. Sie können Primitiven wie Linien auf zwei Arten zeichnen: einmal über eine spezielle Funktion wie drawLine(), und dann lassen sich für diese Elemente Objekte aufbauen, die anschließend gezeichnet werden. Die Variante über Objekte ist Teil der 2D-API, die wir später vorstellen.


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14.5.1 Grundbegriffe: Koordinaten, Punkte, Pixel  downtop

Gelegentlich vermischt sich die Umgangssprache mit der Sprache der Mathematik und Computergrafik, sodass wir noch einmal die wichtigsten Begriffe aufzählen.

Koordinatensystem

Die grafischen Objekte werden in einem Koordinatensystem platziert, das seine Ursprungskoordinaten – also standardmäßig (0,0) – links oben definiert. Das Koordinatensystem kann jedoch beliebig verschoben und in den Ausmaßen angepasst werden. Andernfalls stehen die Objekte bei überschriebenem paint() vom Frame/JFrame absolut zum Fensterrahmen. Wählen wir die Koordinate auf der y-Achse klein, kann es vorkommen, dass wir nichts mehr sehen, weil das Objekt unter die Titelleiste des Fensters wandert.

Punkte

Ein Punkt ist abhängig von den Dimensionen durch zwei oder mehrere Koordinaten gekennzeichnet. Da er, wie wir aus der Mathematik wissen, keine Ausdehnung hat, dürfen wir ihn eigentlich gar nicht sehen. In Java gibt es keine Funktion, um Punkte zu zeichnen. Diese können nur durch einen Linienbefehl erzeugt werden.

Pixel

Das Wort Pixel ist eine Abkürzung für »Picture Element«. Ein Pixel beschreibt einen physikalischen Punkt auf dem Bildschirm und ist daher nicht zu verwechseln mit einem Punkt (obwohl umgangssprachlich nicht unterschieden). Pixel besitzen – wie Punkte – Koordinaten. Wird ein grafisches Objekt gezeichnet, so werden die entsprechenden Punkte auf dem Bildschirm gesetzt. Die Anzahl der Pixel auf dem Monitor ist beschränkt; unter einer Auflösung von 1024 * 768 »Punkten« sind dies also 786 432 Pixel, die einzeln zu setzen sind. »Einen Pixel setzen«, heißt aber nichts anderes, als ihm eine andere Farbe zu geben.


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14.5.2 Liniedowntop

Auch bei Linien müssen wir uns von der Vorstellung trennen, die uns die analytische Geometrie nahe legt. Laut Euklid ist dort eine Linie als kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten definiert. Da sie eindimensional sind, besitzen sie eine Länge aus unendlich vielen Punkten, doch keine Breite. Auf dem Bildschirm besteht eine Linie nur aus endlich vielen Punkten, und wenn eine Linie gezeichnet wird, werden Pixel gesetzt, die nahe an der wirklichen Linie sind. Die Punkte müssen passend in ein Raster gesetzt werden, und so kommt es vor, dass die Linie in Stücke zerbrochen wird. Dieses Problem gibt es bei allen grafischen Operationen, da von Fließkommawerten eine Abbildung auf Ganzzahlen, in unserem Fall absolute Koordinaten des Bildschirms, gemacht werden muss. Eine bessere Darstellung der Linien und Kurven ist durch Antialiasing zu erreichen. Dies ist eine Art Weichzeichnung mit nicht nur einer Farbe, sondern mit Abstufungen, so dass die Qualität auf dem Bildschirm wesentlich besser ist. Auch bei Zeichensätzen ist dadurch eine gute Verbesserung der Lesbarkeit auf dem Bildschirm zu erzielen. Die Fähigkeit zum Weichzeichnen gibt es in der JFC 2D-API seit Java 1.2.


abstract class java.awt.  Graphics  

gp  abstract void drawLine( int x1, int y1, int x2, int y2 ) Zeichnet eine Linie zwischen den Koordinaten (x1,y1) und (x2,y2) in der Vordergrundfarbe.

Beispiel   Setze einen Punkt an die Stelle (x,y).
g.drawLine( x, y, x, y );


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14.5.3 Rechtecke  downtop

Als nächstes werfen wir einen Blick auf die Funktionen, die uns Rechtecke zeichnen lassen. Die Rückgabewerte sind immer void. Es ist nicht so, dass die Funktionen durch einen Wahrheitswert mitteilen, ob ein tatsächlicher Zeichenbereich gefüllt werden konnte. Liegen die Koordinaten des zu zeichnenden Objekts nicht im Sichtfenster, geschieht einfach gar nichts. Die Zeichenfunktion ist nicht in der Lage, dies dem Aufrufer in irgendeiner Form mitzuteilen.


abstract class java.awt.  Graphics  

gp  void drawRect( int x, int y, int width, int height ) Zeichnet ein Rechteck in der Vordergrundfarbe. Das Rechteck ist width + 1 Pixel breit und height + 1 Pixel hoch.
gp  void abstract fillRect( int x, int y, int width, int height ) Zeichnet ein gefülltes Rechteck in der Vordergrundfarbe. Das Rechteck ist width + 1 Pixel breit und height + 1 Pixel hoch.
gp  void abstract drawRoundRect( int x, y, int width, height, int arcWidth, arcHeight ) Zeichnet ein abgerundetes Rechteck in der Vordergrundfarbe. Das Rechteck ist width + 1 Pixel breit und height + 1 Pixel hoch. arcWidth gibt den horizontalen und arcHeight den vertikalen Durchmesser der Kreisbögen der Ränder an.
gp  void abstract fillRoundRect( int x, y, int width, height, int arcWidth, arcHeight ) Wie drawRoundRect(), nur gefüllt.
gp  void draw3DRect( int x, int y, int width, int height, boolean raised ) Zeichnet ein dreidimensional angedeutetes Rechteck in der Vordergrundfarbe. Der Parameter raised gibt an, ob das Rechteck erhöht oder vertieft wirken soll. Die Farben für den Effekt werden aus den Vordergrundfarben gewonnen.
gp  void fill3DRect( int x, int y, int width, int height, boolean raised ) Wie draw3Drect(), nur gefüllt.

Hinweis    Die Breiten der Rechtecke bei den Methoden drawRect() und fillRect() unterscheiden sich! drawRect(0, 0, 10, 10) zeichnet ein 11 ´ 11 breites Rechteck und fillRect(0, 0, 10, 10) zeichnet ein 10 ´ 10 breites Rechteck.


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14.5.4 Ovale und Kreisbögen  downtop

Die Graphics-Klasse stellt vier Methoden zum Zeichnen von Ovalen und Kreisbögen bereit. Gefüllte und nicht gefüllte Ellipsen sind immer in ein Rechteck eingepasst.


abstract class java.awt.  Graphics  

gp  abstract drawOval( int x, int y, int width, int height ) Zeichnet ein Oval in der Vordergrundfarbe, welches die Ausmaße eines Rechtecks hat. Das Oval hat eine Größe von (width + 1) Pixel in der Breite und (height + 1) Pixel in der Höhe.
gp  abstract fillOval( int x, int y, int width, int height ) Wie drawOval(), nur gefüllt.
gp  abstract void drawArc( int x, int y, int w, int h, int startAngle, int arcAngle ) Zeichnet einen Kreisbogen. Null Grad liegt in der 3-Uhr-Position. Bei einem Aufruf mit den Winkelargumenten 0, 270 wird ein Kreisbogen gezeichnet, bei dem 90 Grad im unteren rechten Bereich nicht gezeichnet sind.
gp  abstract void fillArc( int x, int y, int w, int h, int startAngle, int arcAngle ) Wie drawArc(), nur gefüllt.

Eine Kreis- und Ellipsen-Klasse

Bei der Methode drawOval() müssen wir immer daran denken, dass die Ellipse oder im Spezialfall der Kreis in ein Rechteck mit Startkoordinaten und mit Breite und Höhe gezeichnet wird. Dies ist nicht immer die natürliche Vorstellung von einer Ellipse beziehungsweise einem Kreis. Einen Kreis beziehungsweise eine Ellipse um den Mittelpunkt x, y mit den Radien rx und ry zeichnet:

g.drawOval( x – rxy – ryrx + rxry + ry );

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14.5.5 Polygone und Polylines  toptop

Eine Polyline besteht aus einer Menge von Linien, die einen Linienzug beschreiben. Dieser Linienzug muss nicht geschlossen sein. Ist er es dennoch, sprechen wir von einem Polygon. In Java gibt es verschiedene Möglichkeiten, Polygone und Polylines zu zeichnen. Zunächst beispielsweise über ein Koordinatenfeld.


abstract class java.awt.  Graphics  

gp  abstract void drawPolyline( int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints ) Zeichnet einen Linienzug durch die gegebenen Koordinaten in der Vordergrundfarbe. Die Figur ist nicht automatisch geschlossen, wenn nicht die Start- und Endkoordinaten gleich sind. Mit nPoint kontrollieren wir die Anzahl der gezeichneten Linien.
gp  abstract void drawPolygon( int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints ) Zeichnet wie drawPolyline() einen Linienzug, schließt diesen aber immer gleich, indem die erste Koordinate mit der Koordinate nPoints verbunden wird.
gp  abstract void fillPolygon( int[] xPoints, int[] yPoints, int nPoints ) Füllt das Polygon aus. Da eine Polyline offen ist, kann sie nicht gefüllt werden. Somit gibt es die Funktion fillPolyline() nicht.

Die Polygon-Klasse

Neben der Möglichkeit, die Linienzüge durch Koordinatenfelder zu beschreiben, gibt es in Java die Polygon-Klasse Polygon, die auch vom Typ Shape ist. Ein Polygon-Objekt verwaltet seine Koordinaten eigenständig, und von außen können wir Elemente hinzunehmen. Mit der mächtigen Methode contains() können wir herausfinden, ob ein Punkt in der von dem Polygon ausgezeichneten Fläche liegt. Zunächst müssen wir jedoch ein Polygon-Objekt erzeugen. Dazu dienen zwei Konstruktoren:


class java.awt.  Polygon
  implements Shape, Serializable

gp  Polygon() Erzeugt ein Polygon-Objekt ohne Koordinaten.
gp  Polygon( int[] xpoints, int[] ypoints, int npoints ) Erzeugt ein Polygon mit den angegebenen Koordinaten.

Nun können wir Punkte hinzufügen und Anfragen an das Polygon-Objekt stellen:

gp  Rectangle getBounds() Gibt die Bounding-Box der Figur zurück. Diese beschreibt ein Rechteck, das das Objekt gerade umschließt. Ein Rectangle-Objekt besitzt die Variablen height (Höhe des Rechtecks), width (Breite des Rechtecks), x (x-Koordinate) und y (y-Koordinate des Rechtecks). Mit verschiedenen Funktionen lassen sich Rechtecke zusammenfassen und schneiden.
gp  void addPoint( int x, int y ) Die Koordinate (x,y) wird hinzugefügt. Die Grenzen (engl. boundings) werden automatisch aktualisiert.
gp  boolean contains( int x, int y ) Liefert true, wenn der Punkt (x,y) im Polygon liegt. Es wird ein Gerade-/Ungerade-Algorithmus verwendet, um dies herauszufinden.
gp  boolean contains( Point p ) Liefert true, wenn der Punkt p im Polygon liegt. Ein Point-Objekt besitzt die Attribute x und y für die Koordinaten.

Abbildung
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Das erzeugte Polygon können wir mit speziellen Methoden, natürlich aus Graphics, zeichnen.


abstract class java.awt.  Graphics  

gp  void drawPolygon( Polygon p ) Zeichnet das Polygon in der Vordergrundfarbe.
gp  void fillPolygon( Polygon p ) Zeichnet ein gefülltes Polygon.

Hinweis   Die contains()-Funktion beim Polygon arbeitet korrekt für Punkte innerhalb der eingeschlossenen Fläche. Bei Abfrage von Punkten, die den Eckpunkten entsprechen, kommen immer sehr willkürliche Werte heraus, genauso bei der Anfrage, ob die Punkte auf der Linie zum Innenraum gehören oder nicht.

n-Ecke zeichnen

Bisher gibt es im Graphics-Paket keine Funktion, um regelmäßige n-Ecke zu zeichnen. Eine solche Funktion ist aber leicht und schnell programmiert. Wir teilen dazu einfach einen Kreis in n Teile auf und berechnen die x- und y-Koordinaten der Punkte auf dem Kreis. Diese Punkte fügen wir einem Polygon-Objekt mittels der addPoint()-Methode hinzu. Eine eigene Funktion drawNeck() übernimmt diese Polygon-Erstellung. Der letzte Parameter der Funktion ist ein Wahrheitswert, der bestimmt, ob das n-Eck gefüllt werden soll oder nicht. Nun kann mit zwei öffentlichen Funktionen ein nicht gefülltes beziehungsweise gefülltes n-Eck gezeichnet werden.

Abbildung
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Listing 14.9   NEckDemo.java

import java.awt.*;
import javax.swing.*;
public class NEckDemo extends JPanel
{
  @Override
  protected void paintComponent( Graphics g )
  {
    PolygonWithEgdes.drawNeck( ggetWidth() / 2getHeight() / 2506true );
    PolygonWithEgdes.drawNeck( ggetWidth() / 2getHeight() / 2606false );
  }
  public static void main( String[] args )
  {
    JFrame f = new JFrame();
    f.setDefaultCloseOperation( JFrame.EXIT_ON_CLOSE );
    f.add( new NEckDemo() );
    f.setSize( 200200 );
    f.setVisible( true );
  }
}
class PolygonWithEgdes
{
  private static Polygon p = new Polygon();
  public static synchronized void drawNeck( Graphics gint xint yint rint nboolean filled )
  {
    p.reset();
    for ( int i = 0; i < n; i++ )
      p.addPoint( (int) (x + r * Math.cos( i * 2 * Math.PI / n )),
                  (int) (y + r * Math.sin( i * 2 * Math.PI / n )) );
    if ( filled )
      g.fillPolygon( p );
    else
      g.drawPolygon( p );
  }
}
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