Galileo Computing < openbook > Galileo Computing - Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Java ist auch eine Sprache
2 Sprachbeschreibung
3 Klassen und Objekte
4 Der Umgang mit Zeichenketten
5 Mathematisches
6 Eigene Klassen schreiben
7 Angewandte Objektorientierung
8 Exceptions
9 Generics, innere Klassen
10 Die Klassenbibliothek
11 Threads und nebenläufige Programmierung
12 Datenstrukturen und Algorithmen
13 Raum und Zeit
14 Dateien und Datenströme
15 Die eXtensible Markup Language (XML)
16 Grafische Oberflächen mit Swing
17 Grafikprogrammierung
18 Netzwerkprogrammierung
19 Verteilte Programmierung mit RMI und Web–Services
20 JavaServer Pages und Servlets
21 Applets
22 Midlets und die Java ME
23 Datenbankmanagement mit JDBC
24 Reflection und Annotationen
25 Logging und Monitoring
26 Sicherheitskonzepte
27 Java Native Interface (JNI)
28 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
Stichwort

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Java ist auch eine Insel (8. Auflage) von Christian Ullenboom
Programmieren mit der Java Standard Edition Version 6
Buch: Java ist auch eine Insel (8. Auflage)

Java ist auch eine Insel (8. Aufl.)
8., aktual. Auflage, geb., mit DVD
1.475 S., 49,90 Euro
Galileo Computing
ISBN 978-3-8362-1371-4
Pfeil 17 Grafikprogrammierung
Pfeil 17.1 Grundlegendes zum Zeichnen
Pfeil 17.1.1 Die paint()-Methode für das AWT-Frame
Pfeil 17.1.2 Zeichnen von Inhalten mit JFrame
Pfeil 17.1.3 Auffordern zum Neuzeichnen mit repaint()
Pfeil 17.1.4 Grundbegriffe: Koordinaten, Punkte, Pixel
Pfeil 17.1.5 Die ereignisorientierte Programmierung ändert Fensterinhalte
Pfeil 17.1.6 Java 2D-API
Pfeil 17.2 Einfache Zeichenmethoden
Pfeil 17.2.1 Linien
Pfeil 17.2.2 Rechtecke
Pfeil 17.2.3 Ovale und Kreisbögen
Pfeil 17.2.4 Polygone und Polylines
Pfeil 17.3 Zeichenketten schreiben und Fonts
Pfeil 17.3.1 Zeichenfolgen schreiben
Pfeil 17.3.2 Die Font-Klasse
Pfeil 17.3.3 Einen neuen Font aus einem gegebenen Font ableiten
Pfeil 17.3.4 Zeichensätze des Systems ermitteln
Pfeil 17.3.5 Neue TrueType-Fonts in Java nutzen
Pfeil 17.3.6 Font-Metadaten durch FontMetrics
Pfeil 17.4 Geometrische Objekte
Pfeil 17.4.1 Die Schnittstelle Shape
Pfeil 17.4.2 Kreisförmiges
Pfeil 17.4.3 Kurviges
Pfeil 17.4.4 Area und die konstruktive Flächengeometrie
Pfeil 17.4.5 Pfade
Pfeil 17.4.6 Punkt in einer Form, Schnitt von Linien, Abstand Punkt/Linie
Pfeil 17.5 Das Innere und Äußere einer Form
Pfeil 17.5.1 Farben und die Paint-Schnittstelle
Pfeil 17.5.2 Farben mit der Klasse Color
Pfeil 17.5.3 Die Farben des Systems über SystemColor
Pfeil 17.5.4 Composite und Xor
Pfeil 17.5.5 Dicke und Art der Linien von Formen bestimmen über Stroke
Pfeil 17.6 Bilder
Pfeil 17.6.1 Eine Übersicht über die Bilder-Bibliotheken
Pfeil 17.6.2 Bilder mit ImageIO lesen
Pfeil 17.6.3 Ein Bild zeichnen
Pfeil 17.6.4 Programm-Icon/Fenster-Icon setzen
Pfeil 17.6.5 Splash-Screen
Pfeil 17.6.6 Bilder im Speicher erzeugen
Pfeil 17.6.7 Pixel für Pixel auslesen und schreiben
Pfeil 17.6.8 Bilder skalieren
Pfeil 17.6.9 Schreiben mit ImageIO
Pfeil 17.6.10 Asynchrones Laden mit getImage() und dem MediaTracker
Pfeil 17.7 Weitere Eigenschaften von Graphics
Pfeil 17.7.1 Eine Kopie von Graphics erstellen
Pfeil 17.7.2 Koordinatensystem verschieben
Pfeil 17.7.3 Beschnitt (Clipping)
Pfeil 17.7.4 Zeichenhinweise durch RenderingHints
Pfeil 17.7.5 Transformationen mit einem AffineTransform-Objekt
Pfeil 17.8 Drucken
Pfeil 17.8.1 Drucken der Inhalte
Pfeil 17.8.2 Bekannte Drucker
Pfeil 17.9 Zum Weiterlesen

Die größte Gefahr geht nicht von den Erfahrungen aus, die man machen muss, sondern von denen, die man nicht machen darf. – Hellmut Walters

17 Grafikprogrammierung


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17.1 Grundlegendes zum Zeichnen Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Ist das Fenster geöffnet, lässt sich etwas in dem Fenster zeichnen. Da sich die Wege zwischen AWT und Swing trennen, wollen wir mit dem AWT beginnen und dann alle weiteren Beispiele mit Swing bestreiten.


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17.1.1 Die paint()-Methode für das AWT-Frame Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Als einleitendes Beispiel soll uns genügen, einen Text zu platzieren. Dafür überschreiben wir die Methode paint() der Klasse Frame und setzen dort alles hinein, was gezeichnet werden soll, etwa Linien, Texte oder gefüllte Polygone. Der gewünschte Inhalt wird immer dann gezeichnet, wenn das Fenster neu aufgebaut wird oder wir von außen repaint() aufrufen, denn genau in diesem Fall wird das Grafiksystem paint() aufrufen und das Zeichnen anstoßen.

Listing 17.1 com/tutego/insel/ui/graphics/Bee.java

package com.tutego.insel.ui.graphics; 
 
import java.awt.*; 
import java.awt.event.*; 
 
public class Bee extends Frame 
{ 
  private static final long serialVersionUID = –3800165321162121122L; 
 
  public Bee() 
  { 
    setSize( 500, 100 ); 
 
    addWindowListener( new WindowAdapter() { 
      @Override 
      public void windowClosing ( WindowEvent e ) { System.exit( 0 ); } 
    } ); 
  } 
  @Override 
  public void paint( Graphics g ) 
  { 
    g.drawString( "\"Maja, wo bist du?\" (Mittermeier)", 120, 60 ); 
  } 
 
  public static void main( String[] args ) 
  { 
    new Bee().setVisible( true ); 
  } 
}

Abbildung 17.1 Ein Fenster mit gezeichnetem Inhalt

Der Grafikkontext Graphics

Das Grafiksystem ruft von unserem Programm die paint()-Methode auf und übergibt ein Objekt vom Typ Graphics – beziehungsweise Graphics2D, wie wir später sehen werden. Dieser Grafikkontext bietet verschiedene Methoden zum Setzen von Zeichenzuständen und zum Zeichnen selbst, etwa von Linien, Kreisen, Ovalen, Rechtecken, Zeichenfolgen oder Bildern. Dies funktioniert auch dann, wenn die Zeichenfläche nicht direkt sichtbar ist, wie bei Hintergrundgrafiken.

Das Graphics-Objekt führt Buch über mehrere Dinge:

  • die Komponente, auf der gezeichnet wird (hier erst einmal das rohe Fenster);
  • Koordinaten des Bildbereichs und des Clipping-Bereichs. Die Zeichenoperationen außerhalb des Clipping-Bereichs werden nicht angezeigt. Daher wird ein Clipping-Bereich auch Beschnitt-Bereich genannt;
  • den aktuellen Zeichensatz (java.awt.Font) und die aktuelle Farbe (java.awt.Color);
  • die Pixeloperation (Xor [Zur Bewegung des Grafik-Cursors wird gern eine Xor-Operation eingesetzt. Obwohl dies absolut einfach erscheint, ist die Realisierungsidee patentiert.] oder Paint);
  • die Translation – eine Verschiebung vom Nullpunkt.

Wir können nur in der paint()-Methode auf das Graphics-Objekt zugreifen. Diese wird immer dann aufgerufen, wenn die Komponente neu gezeichnet werden muss. Dies nutzen wir, um einen Text zu schreiben. Dem Bee-Beispiel ist zu entnehmen, dass die Methode drawString (String text, int x, int y) einen Text in den Zeichenbereich des Grafikkontexts schreibt. Im Folgenden werden wir noch weitere Methoden kennenlernen.


Hinweis Etwas ungewöhnlich ist die Tatsache, dass der Nullpunkt nicht oben links in den sichtbaren Bereich fällt, sondern dass die Titelleiste den Nullpunkt überdeckt. Um an die Höhe der Titelleiste zu kommen und die Zeichenoperationen so zu verschieben, dass sie in den sichtbaren Bereich fallen, wird ein java.awt.Insets-Objekt benötigt. Ist f ein Frame-Objekt, liefert f.getInsets().top die Höhe der Titelleiste.



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17.1.2 Zeichnen von Inhalten mit JFrame Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Grundsätzlich ließe sich auch von JFrame eine Unterklasse bilden und paint() überschreiben, doch ist das nicht der übliche Weg. Stattdessen wählen wir einen anderen Ansatz, der sogar unter AWT eine gute Lösung ist. Wir bilden eine eigene Komponente, eine Unterklasse von JPanel (unter AWT Panel, was wir aber nicht mehr weiter verfolgen wollen), und setzen diese auf das Fenster. Wird das Fenster neu gezeichnet, gibt das Grafiksystem den Zeichenauftrag an die Kinder weiter, also auf unser spezielles JPanel, und ruft die überschriebene paint()-Methode auf. Allerdings überschreiben eigene Unterklassen von Swing-Komponenten im Regelfall nicht paint(), sondern paintComponent(). Das liegt daran, dass Swing in paint() zum Beispiel noch Rahmen zeichnet und sich um eine Pufferung des Bildschirminhalts zur Optimierung kümmert. So ruft paint() die drei Methoden paintComponent(), paintBorder() und paintChildren() auf, und bei einer Neudarstellung kümmert sich ein RepaintManager um eine zügige Darstellung mit Hilfe der gepufferten Inhalte, was bei normalen Swing-Interaktionskomponenten wie Schaltflächen wichtig ist.

Damit ist die Darstellung von Inhalten in einem JFrame einfach. Wir importieren drei Klassen, JPanel und JFrame aus javax.swing sowie Graphics aus java.awt. Dann bilden wir eine Unterklasse von JPanel und überschreiben paintComponent().

Listing 17.2 com/tutego/insel/ui/graphics/DrawFirstLine.java, Teil 1

package com.tutego.insel.ui.graphics; 
 
import java.awt.Graphics; 
import javax.swing.*; 
 
class DrawPanel extends JPanel 
{ 
  @Override 
  protected void paintComponent( Graphics g ) 
  { 
    super.paintComponent( g ); 
    g.drawLine( 10, 10, 100, 50 ); 
  } 
}

Die Methode paintComponent() besitzt in der Oberklasse die Sichtbarkeit protected, was wir beibehalten sollten; die Methode wird nicht von uns von anderer Stelle aufgerufen, daher muss eine Unterklasse die Sichtbarkeit nicht zu public erweitern. Der Aufruf von super.paintComponent() ist immer dann angebracht, wenn die Oberklasse ihre Inhalte zeichnen soll. Bei vollständig eigenem Inhalt ist das nicht notwendig.

Der letzte Schritt ist ein Testprogramm, das ein Exemplar des spezialisierten JPanel bildet und auf den JFrame setzt:

Listing 17.3 com/tutego/insel/ui/graphics/DrawFirstLine.java, Teil 2

public class DrawFirstLine 
{ 
  public static void main( String[] args ) 
  { 
    JFrame f = new JFrame(); 
    f.setDefaultCloseOperation( JFrame.EXIT_ON_CLOSE ); 
    f.setSize( 100, 100 ); 
    f.add( new DrawPanel() ); 
    f.setVisible( true ); 
  } 
}

Die Lösung mit dem JPanel muss nicht die Höhe der Titelleiste berücksichtigen; die Komponente JPanel, die auf das Fenster gesetzt wird, befindet sich korrekt unterhalb der Titelleiste, und die Zeichenfläche liegt nicht verdeckt unter der Titelleiste.


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17.1.3 Auffordern zum Neuzeichnen mit repaint() Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Die Methode repaint() kann von außen aufgerufen werden, um ein Neuzeichnen zu erzwingen. Wenn die Komponente wie unsere Unterklasse von JPanel eine Swing-Komponente ist, dann wird die paint()-Methode der Komponente aufgerufen. Im Fall einer AWT-Komponente, wie Frame, wird update() aufgerufen, das ja automatisch paint() aufruft.


abstract class java.awt.Component 
implements ImageObserver, MenuContainer, Serializable

  • void repaint()
    Erbittet sofortiges Neuzeichnen der Komponente.
  • void repaint( long tm )
    Erbittet Neuzeichnen in millis Millisekunden.
  • void repaint( int x, int y, int width, int height )
    Erbittet Neuzeichnen der Komponente im angegebenen Bereich.
  • void repaint( long tm, int x, int y, int width, int height )
    Erbittet Neuzeichnen der Komponente nach tm Millisekunden im angegebenen Bereich.

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17.1.4 Grundbegriffe: Koordinaten, Punkte, Pixel Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

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 Maßen angepasst werden. Andernfalls stehen die Objekte bei überschriebenem paint() vom Frame/JFrame absolut zum Fensterrahmen. Wählen wir die Koordinate auf der y-Achse zu 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, dürften wir ihn eigentlich gar nicht sehen. In Java gibt es keine Methode, um einzelne Punkte zu zeichnen. Diese können nur durch einen Linienbefehl oder ein kleines Rechteck 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 hier umgangssprachlich nicht unterschieden wird). 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 1.024 × 768 »Punkten« sind dies also 786.432 Pixel, die einzeln zu setzen sind. »Ein Pixel setzen« heißt aber nichts anderes, als ihm eine andere Farbe zu geben.


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17.1.5 Die ereignisorientierte Programmierung ändert Fensterinhalte Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Der Einstieg in die Welt der Grafikprogrammierung mag etwas seltsam erscheinen, weil in der prozeduralen, nicht ereignisgesteuerten Welt (wie der des C64) die Programmierung anders verlief. Es gab einige Funktionen, mit denen sich direkt sichtbar auf dem Bildschirm operieren ließ. Ein Beispiel [Commodore 128 System Guide, Commodore Business Machines, Inc. 1985, online zugänglich unter http://members.tripod.com/~rvbelzen/c128sg/toc.htm.] aus der C128-Zeit:

10 COLOR 0,1                               :REM SELECT BACKGROUND COLOR 
20 COLOR 1,3                               :REM SELECT FOREGROUND COLOR 
30 COLOR 4,1                               :REM SELECT BORDER COLOR 
40 GRAPHIC 1,1                             :REM SELECT BIT MAP MODE 
60 CIRCLE 1,160,100,40,40                  :REM DRAW A CIRCLE 
70 COLOR 1,6                               :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
80 BOX 1,20,60,100,140,0,1                 :REM DRAW A BLOCK 
90 COLOR 1,9                               :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
100 BOX 1,220,62,300,140,0,0               :REM DRAW A BOX 
110 COLOR 1,9                              :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
120 DRAW 1,20,180 TO 300,180               :REM DRAW A LINE 
130 DRAW 1,250,0 TO 30,0 TO 40,40 TO 250,0 :REM DRAW A TRIANGLE 
140 COLOR 1,15                             :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
150 DRAW 1,160,160                         :REM DRAW A POINT 
160 PAINT 1,150,97                         :REM PAINT IN CIRCLE 
170 COLOR 1,5                              :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
180 PAINT 1,50,25                          :REM PAINT IN TRIANGLE 
190 COLOR 1,7                              :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
200 PAINT 1,225,125                        :REM PAINT IN EMPTY BOX 
210 COLOR 1,11                             :REM CHANGE FOREGROUND COLOR 
220 CHAR 1,11,24,"GRAPHIC EXAMPLE"         :REM DISPLAY TEXT 
230 FOR I=1 TO 5000:NEXT:GRAPHIC 0,1:COLOR 1,2

Diese Vorgehensweise funktioniert in Java (und auch in vielen modernen Systemen) nicht mehr. Auch mit Objektorientierung hat sie nicht viel zu tun!

In Java führt ein Repaint-Ereignis zum Aufruf der paint()-Methode. Dieses Ereignis kann ausgelöst werden, wenn der Bildschirm zum ersten Mal gezeichnet wird, aber auch, wenn Teile des Bildschirms verdeckt werden. Falls das Repaint-Ereignis kommt, springt das Java-System in die paint()-Methode, in der der Bildschirm aufgebaut werden kann. Nur dort finden die Zeichenoperationen statt. Wenn wir nun selbst etwas zeichnen wollen, kann das nur in der paint()-Methode geschehen, beziehungsweise in Methoden, die von paint() aufgerufen werden. Wenn wir aber selbst etwas zeichnen wollen, wie lässt sich paint() dann parametrisieren?

Um mit diesem Problem umzugehen, müssen wir der paint()-Methode Informationen mitgeben. Diese kann paint() nur aus den Objektattributen beziehen. Daher implementieren wir eine Unterklasse einer Komponente, die eine paint()-Methode besitzt. Anschließend können wir Objektzustände ändern, sodass paint() neue Werte bekommt und somit gewünschte Inhalte zeichnen kann.

Bleibt zuletzt die Frage, wie sich so etwas wie das C128-Feeling nachbilden lässt. Die zu zeichnenden Elemente (wie Linie, Kreis) können Objekte sein, die in eine Datenstruktur eingereiht werden. Dazu bietet die Java 2D API Klassen wie Line2D, Arc2D und weitere an. Sie werden später vorgestellt.


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17.1.6 Java 2D-API topZur vorigen Überschrift

Seit dem JDK 1.2 – und das ist nun schon etwas her – hat sich beim Zeichnen einiges getan. So wird der paint()-Methode – und paintComponent() ebenso – nicht mehr nur ein Graphics-Objekt übergeben, sondern eine Unterklasse von Graphics, Graphics2D. Die Klasse wurde im Rahmen der Java 2D API aus den Java Foundation Classes (JFC) eingeführt und bietet erweiterte Zeichenmöglichkeiten, die mit der Sprache PostScript vergleichbar sind. Als wichtige Ergänzung sind Transformationen auf beliebig geformten Objekten, sowie Füllmustern und Kompositionen zu nennen. Die Zeichenoperationen sind optional weichgezeichnet.

Da die Entwickler bei Sun die Signatur der paintXXX()-Methoden nicht ändern wollten, blieb Graphics als Parametertyp stehen, und wir müssen es, um die erweiterte Funktionalität nutzen zu können, im Rumpf auf Graphics2D anpassen.

protected void paintComponent( Graphics g ) 
{ 
  Graphics2D g2 = (Graphics2D) g; 
  ... 
}

Obwohl Graphics2D selbst im java.awt-Paket untergebracht ist, befinden sich viele der 2D-Klassen im Paket java.awt.geom.


Hinweis Das Grafiksystem übergibt uns in der paintXXX()-Methode zwar immer ein Objekt vom Typ Graphics2D, aber wir werden in den Beispielprogrammen nur dann eine Typanpassung vornehmen, wenn wir wirklich die Erweiterungen von Graphics2D nutzen.




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