Java标准教程：Java 2D绘图--第5章 使用图像

在概述一节中，图像使用宽度和高度描述，以像素为单位，有自己独立于绘图平面的坐标系。

使用图像时有很多普通的任务。

l         将图像外部的GIF, PNG JPEG图像文件中加载到Java 2D内部表示中。

l         直接创建Java 2D图像听且绘制它。

l         在绘制平面中绘制Java 2D图像的内容。

l         将Java 2D图像保存在外部的GIF, PNG, 或 JPEG图像文件中。

本课教您基本的加载，展示和保存图像的方法。

使用图像有两个类必须知道：

l         java.awt.Image是超类，它以矩形像素数组的方式表示图像。

l         java.awt.image.BufferedImage扩展了Image类，允许应用程序直接操作图像数据（例如，获取或设置像素的颜色）。应用程序可以直接创建这个类的实例。

BufferedImage类是Java 2D即时模式图像API的基础。它在内存中保存数据，同时提供了存储，解析和获取像素数据的方法。因为BufferedImage是Image的子类，它可以使用Graphics和Graphics2D中接受Image参数的方法渲染。

BufferedImage的本质是一个带有可访问数据缓存的Image。直接操作BufferedImage会更高效。BufferedImage有图像数据的ColorModel和光栅。ColorModel提供了图像像素数据的颜色解释。

光栅执行以下功能：

l         表示图像的矩形坐标。

l         在内存中维护图像数据

l         提供从单一图像数据缓冲区中创建多个子图像的机制。

l         提供了访问图像内特定像素的方法。

图像的基本操作在以下几节中介绍：

l         读取/加载图像
本节描述如何从外部图像文件中，使用图像I/O API将图像加载到Java应用程序中。

l         绘制图像
本节介绍如何使用Graphics和Graphics2D类中的drawImage方法显示图像。

l         创建并向图像中进行绘制
本节介绍如何创建图像，并且如何将图像作为绘制平面。

l         保存图像
本节介绍如何将图像保存成合适的格式。

 

1.1 读取加载图像

当您想象数字图像时，想一下数码相机中使用的JPEG格式，和在web页面中常用的GIF格式。所有使用这些图像的程序必须首先将外部格式转换成内部格式。

Java 2D支持将这些外部图像格式加载到BufferedImage格式，使用javax.imageio包中的I/O API进行。Image I/O对GIF, PNG, JPEG, BMP, 和 WBMP直接支持。Image I/O同时允许程序员和管理员添加其他格式的支持。例如，支持TIFF和JPEG 2000的插件就是单独提供的。

要加载制定图像，需要如下代码：

 

BufferedImage img = null;

try {

    img = ImageIO.read(new File("strawberry.jpg"));

} catch (IOException e) {

}

 

Image I/O将文件内容当做JPEG格式解析，同时将他们解码到Java 2D可以直接使用的BufferedImage中。

LoadImageApp.java展示了如何展示图像。

如果代码在applet中运行，那么可以很容易的从applet的codebase中得到图像。

 

         try {

             URL url = new URL(getCodeBase(), "strawberry.jpg");

             img = ImageIO.read(url);

         } catch (IOException e) {

         }

 

例子中的getCodeBase方法返回包含applet的目录的URL。

下面的例子展示了如何使用getCodeBase方法加载strawberry.jpg文件。

LoadImageApp.java包含这个例子的完整代码，同时appet需要strawberry.jpg图像文件。除了从文件或URL中读取之外，Image I/O还可以从其他源中读取，例如InputStream。

ImageIO.read()是大多数应用程序最常用的API，但javax.imageio.ImageIO包含了其他静态方法，提供更高级的Image I/O API。这个类中的方法表示了从图像中获取信息同时控制图像解码的API的一小部分。

在保存图像一节将会介绍一些其他的Image I/O。更详细的信息请参考Image I/O的指导。

 

1.2 绘制图像

您已经知道，Graphics.drawImage方法在指定位置绘制图像：

 

boolean Graphics.drawImage(Image img,

                           int x, int y,

                           ImageObserver observer);

 

X, y位置表示图像的左上角。Observer参数放应用程序异步更新图像。Observer参数不经常直接使用，并且对于BufferedImage类来说是不需要的，所以通常是null。

上面的方法只有在绘制整个图像时才有用，它按照1:1的比例将图像的像素映射到用户空间坐标中。有时，应用程序需要绘制一部分图像（或子图像），或者是拉伸了图像，以覆盖绘图平面的一部分区域，或者在绘制前进行转换或过滤。

drawImage()方法的重载形式执行这些操作。例如，以下drawImage()方法可以在特定的区域绘制特定的图像，同时进行拉伸以符合目标绘制平面的要求：

 

boolean Graphics.drawImage(Image img,

                           int dstx1, int dsty1, int dstx2, int dsty2,

                           int srcx1, int srcy1, int srcx2, int srcy2,

                           ImageObserver observer);

 

Src参数表示需要拷贝和绘制的区域。Dest参数展示了需要由源数据覆盖的区域。dstx1, dsty1坐标定义了绘制的位置。通过以下公式计算目标区域的宽和高：(dstx2-dstx1), (dsty2-dsty1)。如果源区域和目标区域的大小不同，Java 2D API将自动执行图像拉伸或收缩。

以下代码将图片剪切成4个部分，同时随机的将每个部分绘制到目标区域。

这个applet的完整代码在JumbledImageApplet.java中。这个例子使用以下代码绘制duke_skateboard.jpg图片。它遍历四个子图像，每次随机选择一个进行绘制。

 

        /* divide the image 'bi' into four rectangular areas and draw each

         * of these areas in to a different part of the image, so as to

         * jumble up the image.

         * 'cells' is an array which has been populated with values

         * which redirect drawing of one subarea to another subarea.

         */

        int cellWidth = bi.getWidth(null)/2;

        int cellHeight = bi.getHeight(null)/2;

        for (int x=0; x<2; x++) {

            int sx = x*cellWidth;

            for (int y=0; y<2; y++) {

                int sy = y*cellHeight;

                int cell = cells[x*2+y];

                int dx = (cell / 2) * cellWidth;

                int dy = (cell % 2) * cellHeight;

                g.drawImage(bi,

                            dx, dy, dx+cellWidth, dy+cellHeight,

                            sx, sy, sx+cellWidth, sy+cellHeight,

                            null);

            }

        }

 

1.2.1 过滤图像

除了拷贝和拉伸图像外，Java 2D API也可以过滤图像。过滤是在绘制或产生新图像的过程中，对原有图像的像素应用的一种算法。图像过滤器可以使用下面的方法进行使用：

 

void Graphics2D.drawImage(BufferedImage img,

                          BufferedImageOp op,

                          int x, int y)

 

BufferedImageOp参数实现了过滤器。以下applet表示一个在左上角绘制的文本。拖动滑块可以透过图像显示文本，也可以让图像变得透明。

以下代码展示了过滤操作通过在BufferedImage上使用alpha channel进行操作，同时使用RescaleOp对象重新拉伸这个alpha channel的过程。它同时指定了图像覆盖的度。

 

   /* Create an ARGB BufferedImage */

   BufferedImage img = ImageIO.read(imageSrc);

   int w = img.getWidth(null);

   int h = img.getHeight(null);

   BufferedImage bi = new BufferedImage(w, h, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);

   Graphics g = bi.getGraphics();

   g.drawImage(img, 0, 0, null);

 

   /* Create a rescale filter op that makes the image 50% opaque */

   float[] scales = { 1f, 1f, 1f, 0.5f };

   float[] offsets = new float[4];

   RescaleOp rop = new RescaleOp(scales, offsets, null);

 

   /* Draw the image, applying the filter */

   g2d.drawImage(bi, rop, 0, 0);

 

完成的例子在SeeThroughImageApplet.java中，包含了使用滑块从开始的50％调整透明度的代码。这个例子需要duke_skateboard.jpg图像。

RescaleOp对象只是多种过滤器之一。Java 2D API有以下多种内建的过滤器：

l         ConvolveOp：每个输出像素都围绕源图像中像素计算。可以用来让图像变得模糊或尖锐。

l         AffineTransformOp：这个过滤器通过在像素位置上进行转换，将源像素映射到目标的不同位置。

l         LookupOp：这个过滤器使用用用程序提供的查询表重新映射像素颜色。

l         RescaleOp：这个过滤器在颜色上乘以一定参数。可以用来让图像加亮或变暗，增加或减少透明度等。

下面的例子展示了上述的每种过滤器：

 

这个applet的完整源代码在ImageDrawingApplet.java，这个applet需要bld.jpg图片。

使用下拉列表可以选择可以选择对图像进行拉伸或过滤操作。

 

1.3 创建和绘制图像

我们已经知道如何加载一个已经存在的图像，它在您的系统或网络的任何位置创建和保存。但是，你可能想要创建一个新的图像作为像素数据的缓冲区。

这种情况下，您可以手动创建BufferedImage对象，使用以下三个构造函数：

l         new BufferedImage(width, height, type)：使用预定义的图像类型之一创建BufferedImage。

l         new BufferedImage(width, height, type, colorModel)：使用预定义的图像类型创建BufferedImage，可以是TYPE_BYTE_BINARY 或 TYPE_BYTE_INDEXED。

l         new BufferedImage(colorModel, raster, premultiplied, properties)：使用指定的ColorModel和Raster创建新的BufferedImage。

同时，我们也可以使用Component类的方法。这些方法可以分析给定Component的显示分辨率，或GraphicsConfiguration，同时创建合适类型的图像。

l         Component.createImage(width, height)

l         GraphicsConfiguration.createCompatibleImage(width, height)

l         GraphicsConfiguration.createCompatibleImage(width, height, transparency)

GraphicsConfiguration返回BufferedImage类型的对象，但Component返回Image类型的对象，如果您需要一个BufferedImage对象，这样可以执行在代码中instanceof然后转换成BufferedImage。

在以前的章节中已经提到，我们不止是在屏幕中渲染图像。图像自己可以被当做绘制平面。您可以使用BufferedImage类的createGraphics()干下面的事：

 

...

 

BufferedImage off_Image =

    new BufferedImage(100, 50, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);

 

Graphics2D g2 = off_Image.createGraphics();

 

另一个屏幕外的图像时自动的双缓存。这种特性可以在后台缓冲器中绘制图像，然后拷贝到屏幕中，而不是直接绘制在屏幕中，以避免动画闪烁。

Java 2D也允许离线图像的硬件加速，这可以为从这些图像进行渲染和拷贝提供更好的性能。您可以使用Image类的下列方法完成这项功能：

l         getCapabilities方法决定图像是否已经被加速。

l         setAccelerationPriority方法让您指定为图像使用的加速方式。

l         getAccelerationPriority方法得到图像的加速重要性。

 

1.4 读/写图像

本节以javax.imageio包的说明开始，它可以从外部图像格式的文件中家在图像，并转换成Java 2D内部的BufferedImage格式。然后说明如何使用Graphics.drawImage()方法绘制图像，同时增加可选的过滤器。

最后的部分是将BufferedImage对象保存为外部图像格式。这可以是最初由Image I/O类从外部图像文件中加载的，同时可以使用Java 2D API修改，或者可以是由Java 2D创建的。

Image I/O类提供了保存多种文件格式的简单方法，如下所示：

 

static boolean ImageIO.write(RenderedImage im,

                             String formatName,

                             File output) throws IOException

 

 

注意：BufferedImage类实现了RenderedImage接口。

 

formatName参数选择要保存BufferedImage的格式，如下：

 

try {

    BufferedImage bi = getMyImage(); // retrieve image

    File outputfile = new File("saved.png");

    ImageIO.write(bi, "png", outputfile);

} catch (IOException e) {

    ...

}

 

ImageIO.write方法调用了实现写PNG文件的代码。名词“插件”用来表示Image I/O是可扩展的，同时可以支持多种格式。

通常可以使用以下标准图像格式：JPEG, PNG, GIF, BMP 和 WBMP。

每种图像格式都有自己的优缺点：

 

 

优点

缺点

GIF

支持动画和透明像素

只支持256色，不支持半透明效果

PNG

比GIF和JPG有更低的色彩丢失率，支持半透明

不支持动画

JPG

对于照片图像处理很好

会因为压缩丢失精度，不应该作为文本，快照以及其他需要精确保存原来图形的应用程序

 

对于大多数应用程序来说，使用这些标准插件之一已经足够了。他们的优点是立即可用。Image I/O类提供了支持其他可用的格式的插件式方法。如果你对一些文件格式感兴趣，并且需要在系统中读取或保存他们，您必须使用ImageIO类的getReaderFormatNames和getWriterFormatNames方法。这些方法返回当前JRE中支持的所有格式列表。

 

String writerNames[] = ImageIO.getWriterFormatNames();

 

返回值将包含所有已经安装的插件，同时他们都可以作为选择图像writer的格式名。下面的代码展示了整个图像编辑/修改程序的建议版本，它使用ImageDrawingApplet.java示例程序的修订版，如下：

l         首先使用Image I/O加载图像。

l         用户从下拉列表中选择过滤器，然后绘制更新后的图像。

l         用户从下拉列表中选择保存格式。

l         然后文件选择器显示出来，同时用户选择在哪保存图像。

l         修改后的图像现在可以被其他桌面应用程序查看。

完整的代码在SaveImage.java中。

本课您已经学习了Image I/O的基本信息，它为写图像提供了扩展的支持，以及支持使用ImageWriter插件最终控制编码过程。ImageIO可以写多种图像，图像元数据，决定质量和大小的关系。更详细的信息请参考Java Image I/O API Guide.