第09章 二维图形图像处理.docx

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第09章二维图形图像处理

第9章二维图形图像处理

本章介绍在C#中如何利用GDI+进行二维图形图像处理。

GDI+是GDI（GraphicsDeviceInterface，图形设备接口）的后续版本，提供了高级图形图像处理功能。

在C#中，可利用GDI+提供的一套托管类编写各种设备无关的图形应用程序，例如游戏、计算机辅助设计、绘图程序等等。

9.1GDI+概述

GDI+是微软在Windows2000以后操作系统中提供的新接口，.NETFramework通过一套部署为托管代码的类来展现提供的图形图像处理功能，这套类被称为GDI+的托管类。

利用GDI+可以轻松实现一般图形图像处理、颜色渐变、透明处理、纹理处理、拉伸和缩放等多种高级功能。

GDI+主要提供了以下三类服务：

1.二维矢量图形：

GDI+提供了构造和绘制基本图形的类。

例如，可以利用Rectangle类构造矩形的位置和大小；利用Pen类提供线条颜色、粗细和线型的信息；利用Brush的扩充类提供如何利用颜色或图案来填充封闭图形和路径的信息；而Graphics类则提供了对图形进行各种处理的方法。

2.图像处理：

由于大多数图像并不是直线和曲线的简单组合，无法直接使用二维矢量图形方式进行处理。

因此，GDI+提供了Bitmap、Image等类，用于显示、操作和保存BMP、JPG、GIF等图像格式。

3.文字显示：

GDI+支持使用各种字体、字号和样式来显示文本。

另外，在GDI+中还提供了许多实用的功能，比如渐变画刷、基样条曲线、Alpha混合、反锯齿处理、矩阵变换、浮动坐标等。

实际上，在托管代码中，我们不需要考虑GDI+内部是如何实现的，直接使用提供的类进行编程就可以了。

所有图形图像处理功能都包含在下面介绍的命名空间下。

1）System.Drawing命名空间

System.Drawing命名空间提供了对GDI+基本图形功能的访问，主要有Graphics类、Bitmap类、从Brush类继承的类、Font类、Icon类、Image类、Pen类和Color类等。

2）System.Drawing.Drawing2D命名空间

System.Drawing.Drawing2D命名空间提供了高级的二维和矢量图形处理功能，主要有：

梯度型画刷、Matrix类（用于定义几何变换）和GraphicsPath类等。

3）System.Drawing.Imaging命名空间

System.Drawing.Imaging命名空间提供了高级图像处理功能。

4）System.Drawing.Text命名空间

System.Drawing.Text命名空间提供了字体和文本排版功能。

9.1.1GDI+使用的坐标系

开发Windows应用程序时，GDI+提供的坐标系为我们提供了很大的方便。

它就如同给设计者一个导航图，使设计者能方便的使用各种图形命令。

1.GDI+坐标系中的基本结构

在GDI+坐标系中，有三种最基本的结构，分别是Point、Size和Rectangle。

1）Point

Point在三种结构中是最简单的，GDI+使用Point表示某个特定位置相对于原点的水平和垂直距离。

许多GDI+函数都是以Point作为参数的。

声明和构造Point的代码示例如下：

Pointp=newPoint（1,1）;

2）Size

在GDI+中，Size也表示一个尺寸，它也有两个整型属性来表示水平和垂直距离——Width和Height。

但是Point和Size的含义是不同的，Point是用来说明实体具体位置的，而Size是用来说明实体有多大的。

声明和构造Size代码示例如下：

Sizes=newSize（5,5）;

3）Rectangle

Rectangle是用来指定矩形的坐标的，它由一个Point和一个Size组成，其中Point表示矩形左上角，Size表示矩形大小。

声明和构造Rectangle有两种方式：

1）在构造函数中分别指定x坐标、y坐标、宽度和高度。

例如：

Rectangler1=newRectangle（1,2,5,6）;

2）在构造函数中指定Point位置和Size结构。

例如：

Pointp=newPoint（1,2）;

Sizes=newSize（5,6）;

Rectangler2=newRectangle（p,s）;

2.GDI+中坐标系的分类

图9-1世界坐标系示意图

GDI+中的坐标系分为三类：

世界坐标系（Worldcoordinates）、设备坐标系（Devicecoordinates）和页面坐标系（Pagecoordinates）。

世界坐标系是用于建立特殊图形世界模型的坐标系，也是在程序中调用方法时传递参数使用的坐标系。

世界坐标系是一种通用的坐标系，可以适用于任何计算机设备。

默认情况下，X轴正方向水平向右，Y轴正方向垂直向下，如图9-1所示。

设备坐标系是指显示设备或打印设备使用的坐标系，它的特点是以设备上的像素点为单位。

对于窗体中的视图而言，设备坐标的原点在窗体绘图区的左上角，x坐标从左向右递增，y坐标自上而下递增。

由于设备的分辨率不同，相同坐标值的物理位置可能不同。

如对于边长为100的正方形，显示器为800×600和1024×768时的大小是不一样的。

页面坐标系指某种映射模式下的一种坐标系。

所谓映射是指将世界坐标系通过某种方式进行的变换。

通俗些说，页面坐标系就是指绘图图面（如窗体或控件）使用的坐标系。

页面坐标系统与设备坐标系统的差异在于X，Y的单位不同：

页面坐标系中的X，Y单位可以任意设定，如英寸、毫米等；而设备坐标系中，只有一种单位，对显示器而言就是像素，对打印机而言就是1/72英寸。

图9-2屏幕坐标示意图

默认情况下，设备坐标和页面坐标是相同的，均使用像素作为度量单位。

图9-2演示了计算机屏幕中坐标的位置情况。

如果将度量单位设置为像素以外的其他单位（例如英寸），则设备坐标和页面坐标就不相同了。

3.不同坐标系的转换

实际上，我们调用GDI+的Graphics对象进行操作时，调用对应的方法时传递给方法的坐标为世界坐标系中的坐标，而在屏幕或者打印机上显示的是设备坐标系中的坐标。

因此，每次输出时，系统都会自动进行两次坐标变换——第一次是从世界坐标向页面坐标的变换，称之为世界变换（worldtransformation）；第二次是从页面坐标向设备坐标的变换，称之为页面变换（pagetransformation）。

在程序中，我们也可以通过调用Graphics对象的TranslateTransform方法改变世界变换的原点，通过设置Graphics对象的PageUnit和PageScale属性改变页面变换的度量单位。

除此之外，Graphics类还提供了两个只读属性：

DpiX和DpiY，用于检查显示设备每英寸的水平点数和垂直点数。

【例9-1】

图9-3坐标转换示例

分别调用Graphics对象的世界变换和页面变换，使用英寸作为度量单位，并让坐标系的原点距工作区左边缘0.5英寸、距工作区顶部0.5英寸，然后从（0,0）到（2,2）绘制一条直线。

privatevoidForm1_Paint（objectsender,PaintEventArgse）

{

GraphicsmyGraphics=e.Graphics;

myGraphics.TranslateTransform（0.5F,0.5F）;

myGraphics.PageUnit=GraphicsUnit.Inch;

PenmyPen=newPen（Color.Black,1/myGraphics.DpiX）;

myGraphics.DrawLine（myPen,0,0,2,2）;

}

图9-3为绘制的直线，图中标出的坐标系不是这段代码绘制的，仅是为了观察方便。

如果假定显示设备在水平方向和垂直方向每英寸都有100个像素，则例9-1中直线的起点和终点在三种坐标系中分别具有表9-1所示的坐标值。

表9-1直线在三种坐标系统中的坐标值

世界坐标系统

（0，0）到（0.5，0.5）

页面坐标系统

（0.5，0.5）到（2.5，2.5）

设备坐标系统

（50，50）到（250，250）

9.1.2Graphics类

Graphics类包含在System.Drawing命名空间下，它提供了简单的图形图像处理功能。

在绘制图形图像前，首先必须创建Graphics对象，然后利用这个对象绘制直线、曲线、椭圆等图形图像。

有三种常见的创建Graphics对象的方法。

第一种方法是在窗体或控件的Paint事件中获取Graphics对象。

例如：

privatevoidForm1_Paint（objectsender,System.Windows.Forms.PaintEventArgse）

{

Graphicsg=e.Graphics;

}

在每一个窗体或控件中，都有一个Paint事件，该事件的参数包括了当前窗体或控件的Graphics对象，在为窗体或控件创建绘图代码时，一般使用此方法来获取对图形的引用。

第二种方法是通过当前窗体的CreateGraphics方法，把当前窗体的画笔、字体、颜色作为默认值，获取对Graphics对象的引用。

例如：

Graphicsg;

g=this.CreateGraphics（）;

……

注意这种对象只有在处理当前Windows窗体消息的过程中有效，如果想在已经存在的窗体或控件中绘图，可以使用此种方法。

第三种方法是从继承自图像的任何对象创建Graphics对象，例如：

BitmapmyBitmap=newBitmap（@"C:

\mytest1\Pics\myPic.bmp"）;

Graphicsg=Graphics.FromImage（myBitmap）;

这个方法适用于需要更改已经存在的图像的情况。

9.1.3颜色

颜色是进行图形操作的基本要素，它封装在System.Drawing.Color结构中。

人眼可以分辨的显示的颜色都是由一定的红、绿、蓝三色光组合而成。

任何一种颜色都可以有四个分量，分别是：

R、G、B、A。

其中：

R：

红色，取值范围0~255，0表示没有红色成分，255为饱和红色；

G：

绿色，取值范围0~255，0表示没有绿色成分，255为饱和绿色；

B：

蓝色，取值范围0~255，0表示没有蓝色成分，255为饱和蓝色；

A：

Alpha值，即透明度，取值范围0~255，0表示完全透明，255表示完全不透明。

在代码中声明颜色的方式常用有两种：

1.调用静态方法Color.FromArgb（）指定任意颜色

这种方法有两种常用形式。

第一种形式为直接指定三种颜色，方法原型为：

PublicstaticColorFromArgb（intred,intgreen,intblue）

三个参数分别表示R、G、B三色，Alpha值使用默认值255，即完全不透明。

例如：

Colorred=Color.FromArgb（255,0,0）;

Colorgreen=Color.FromArgb（0,255,0）;

Colorblue=Color.FromArgb（0,0,0xff）;

其中0xff为十六进制表示形式。

第二种形式为四个参数，方法原型为：

PublicstaticColorFromArgb（intalpha,intred,intgreen,intblue）

四个参数分别表示透明度、R、G、B三色值。

2.系统预定义颜色

System.Drawing.Color结构中提供了许多静态属性，每个属性返回一个命名颜色，在Color结构中已经预定义了141种颜色，可以直接使用。

例如：

this.BackColor=Color.White;

9.1.4画笔和画刷

本节介绍Pen类和Brush类，在绘制图形时需要使用画笔和画刷绘制或填充图形、文本和图像。

画笔是Pen类的实例，用于绘制各种直线、空心图形和实心图形等。

画刷是从Brush类派生的任何类的实例，用来填充形状或绘制文本。

1.画笔（Pen）

画笔可用于绘制具有指定宽度和样式的直线、曲线或轮廓形状。

下面的示例说明如何创建一支基本的蓝色画笔：

PenmyPen=newPen（Color.Blue）;//创建一支蓝色画笔，宽度默认为1个像素

PenmyPen=newPen（Color.Blue,10.5f）;//创建一支宽度为10.5个像素的蓝色画笔

也可以从画刷对象创建画笔对象，例如：

SolidBrushmyBrush=newSolidBrush（Color.Red）;//实心画刷，默认宽度为1个像素

PenmyPen=newPen（myBrush）;//从现有画刷创建红色画笔

PenmyPen=newPen（myBrush,5）;//从现有画刷创建宽度为5个像素的红色画笔

创建画笔后，即可使用它来绘制直线、曲线或空心形状。

还可以修改画笔的各种属性，比如使用Width属性修改画笔的宽度；使用Color属性修改画笔的颜色；使用StartCap和EndCap属性将预设或自定义的形状添加到线条的开始和结尾；使用DashStyle属性指定画笔绘制的虚线样式等。

【例9-2】画笔的用法。

（1）新建一个名为PenExample的Windows应用程序，调整窗体到适当大小。

然后切换到代码方式，添加命名空间引用：

usingSystem.Drawing.Drawing2D;

（2）在窗体的属性中找到Paint事件，双击此事件，添加Form1_Paint事件代码：

privatevoidForm1_Paint（objectsender,PaintEventArgse）

{

//创建Graphics对象

Graphicsg=e.Graphics;

//创建一支黑色的画笔

Penblackpen=newPen（Color.Black,10.0f）;

//绘制字符串

g.DrawString（"黑色,宽度为10.0",this.Font,Brushes.Black,5,5）;

//绘制宽度为10.0f的黑色直线

g.DrawLine（blackpen,newPoint（110,12）,newPoint（400,12））;

//创建一支红色的画笔

Penredpen=newPen（Color.Red,5.0f）;

//绘制字符串

g.DrawString（"红色,宽度为5",this.Font,Brushes.Black,5,25）;

//绘制宽度为5的红色直线

g.DrawLine（redpen,newPoint（110,30）,newPoint（400,30））;

//创建一支蓝色的画笔

Penbluepen=newPen（Color.Blue,6）;

//定义直线的样式

bluepen.StartCap=LineCap.Flat;

bluepen.EndCap=LineCap.ArrowAnchor;

//绘制字符串

g.DrawString（"蓝色箭头线",this.Font,Brushes.Black,5,45）;

//绘制宽度为6的蓝色箭头线

g.DrawLine（bluepen,newPoint（110,50）,newPoint（400,50））;

//再创建一支黑色的画笔

Peniblackpen=newPen（Color.Black,2.0f）;

//定义直线的样式

iblackpen.DashStyle=DashStyle.Custom;

iblackpen.DashPattern=newfloat[]{4,4};

iblackpen.EndCap=LineCap.NoAnchor;

//绘制字符串

g.DrawString（"自定义虚线",this.Font,Brushes.Black,5,65）;

//绘制宽度为2的自定义虚线

g.DrawLine（iblackpen,newPoint（110,70）,newPoint（400,70））;

//再创建一支红色的画笔

Peniredpen=newPen（Color.Red,2.0f）;

//定义直线的样式

iredpen.DashStyle=DashStyle.Dot;

//绘制字符串

g.DrawString（"点划线",this.Font,Brushes.Black,5,85）;

//绘制宽度为2的点划线

g.DrawLine（iredpen,newPoint（110,90）,newPoint（400,90））;

}

（3）运行程序，结果如图9-4所示。

图9-4画笔的用法演示

2.画刷（Brush）

画刷是可以与Graphics对象一起使用来创建实心形状和呈现文本的对象。

可以用来填充各种图形形状，如矩形、椭圆、扇形和多边形等。

表9-2列出了几种不同类型的画刷。

表9-2画刷类型

类

说明

SolidBrush

用纯色填充图形

TextureBrush

用基于光栅的图像（位图、JPG等）填充图形

LinearGradientBrush

用颜色渐变填充图形——颜色渐变是指一种颜色沿着指定方向或在两个指定的（平行）边界线之间逐渐变成另一种颜色

PathGradientBrush

用渐变效果填充图形，渐变的方向是从由路径定义的图形边界指向图形的中心。

这种渐变可以让人想起中学的彩色地图，即用较深的颜色给国土的轮廓着色，而用较浅的颜色给国土的中心着色

HatchBrush

用各种图案填充图形

1）使用SolidBrush类定义画刷

SolidBrush类用于定义单色画刷。

该类可以填充图形，比如矩形、椭圆、多边形和路径。

例9-3演示了如何在窗体中填充一个纯红色的椭圆。

【例9-3】单色画刷演示示例。

图9-5单色画刷示例运行图

（1）新建一个名为SolidBrushExample的Windows应用程序，调整窗体到适当大小。

（2）在窗体的属性中找到Paint事件，双击此事件，添加Form1_Paint事件代码。

privatevoidForm1_Paint（objectsender,PaintEventArgse）

{

Graphicsg=e.Graphics;

SolidBrushmySolidBrush=newSolidBrush（Color.Red）;

g.FillEllipse（mySolidBrush,30,30,130,100）;

}

（3）运行程序，结果如图9-5所示。

2）使用HatchBrush类填充简单图案

HatchBrush类提供的画刷可以用各种图案填充图形。

通过Hatch类型可以设置影线样式。

在创建影线的画刷时，能设定前景色、背景色和影线样式。

有56种不同的影线样式枚举，该枚举可以参看System.Drawing.Drawing2D.HatchStyle枚举。

例9-4演示了如何创建一个HatchBrush，例子使用垂直影线，白色为前景色，红色为背景色。

【例9-4】填充简单图案示例。

（1）新建一个名为HatchBrushExample的应用程序，调整窗体到适当大小。

然后切换到代码方式，添加命名空间引用：

usingSystem.Drawing.Drawing2D;

（2）在窗体的属性中找到Paint事件，双击此事件，添加Form1_Paint事件代码。

图9-6HatchBrush类示例

图

privatevoidFom1_Paint（objectsender,PaintEventArgse）

{

Graphicsg=e.Graphics;

HatchBrushmyHatchBrush=

newHatchBrush（HatchStyle.Cross,Color.White,

Color.Red）;

g.FillEllipse（myHatchBrush,this.ClientRectangle）;

}

（3）运行程序，结果如图9-6所示。

3）使用TextureBrush类填充复杂图像

TextureBrush类使用图像作为填充的样式，它可以使用例如.bmp、.jpg、.png等格式的图像。

初始化一个新的TextureBrush对象需要指定填充的图像。

①TextureBrush类提供了5个重载的构造函数,分别是：

publicTextureBrush（Image）

publicTextureBrush（ImageRectangle）

publicTextureBrush（Image,WrapMode）

publicTextureBrush（Image,Rectangle,ImageAttributes）

publicTextureBrush（Image,WrapMode,Rectangle）

其中，Image用于指定画刷所要填充的图案；Rectangle用于指定图像上用于画刷的矩形区域，其位置不能超越图像的范围；WrapMode枚举成员用于指定如何排布图像，其值见表9-3。

表9-3WrapMode枚举值

WrapMode值

说明

Clamp

完全由绘制对象的边框决定

Tile

平铺

TileFlipX

水平方向翻转并平铺图像

TileFlipY

垂直方向翻转并平铺图像

TileFlipXY

水平和垂直方向翻转并平铺图像

ImageAttributes：

ImageAttributes对象用于指定图像的附加特性参数。

②TextureBrush类有3个属性，如表9-4所示。

表9-4TextureBrush类属性

名称

属性

Image

Image类型，与画刷关联的图像对象

Transform

Matrix类型，画刷的变换矩阵

WrapMode

WrapMode枚举成员，指定图像的排布方式

例9-5说明了如何创建一个TextureBrush，该例使用名为xue.jpg的图像进行填充。

【例9-5】创建TextureBrush示例。

（1）新建一个名为TextureBrushExample的Windows应用程序，调整窗体到适当大小。

（2）鼠标右键单击【解决方案资源管理器】中的项目名，选择【添加】【添加现有项】，在弹出的窗体中选择添加的文件类型为“ImageFiles”，找到需要使用的图片，将其添加到当前项目中，并修改图