第09章 二维图形图像处理.docx

1、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（Graphics Device Interface，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。9.1 GDI+概述 GDI+是微软在Windows 2000以后操作系统中提供的新接口，.NET Framework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

2、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

3、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.Drawing

4、2D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。9.1.1 GDI+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

5、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：Point p = new Point (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，

6、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：Size s = new Size (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：Rectangle r1 = new Rectangle (1,2,5,6); 2) 在构造函数中指定Point位置和Size结构。例如：Point p = new Point (1,2);Size s = new Si

7、ze (5,6);Rectangle r2 = new Rectangle (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（World coordinates）、设备坐标系（Device coordinates）和页面坐标系（Page coordinates）。 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

8、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800600和1024768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

9、。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(world transformation)；第二次是从页面坐标向设备坐标的变换，称之为页面变换(pa

10、ge transformation)。 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。private void F

11、orm1_Paint(object sender, PaintEventArgs e) Graphics myGraphics = e.Graphics; myGraphics.TranslateTransform(0.5F, 0.5F); myGraphics.PageUnit = GraphicsUnit.Inch; Pen myPen = new Pen(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

12、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）9.1.2 Graphics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

13、的Paint事件中获取Graphics对象。例如：private void Form1_Paint(object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e) Graphics g = 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：Graphics g; g = t

14、his.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：Bitmap myBitmap = new Bitmap(C:mytest1PicsmyPic.bmp);Graphics g = 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

15、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0255，0表示没有红色成分，255为饱和红色； G：绿色，取值范围0255，0表示没有绿色成分，255为饱和绿色； B：蓝色，取值范围0255，0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0255，0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：Public static Color FromAr

16、gb (int red,int green,int blue) 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：Color red = Color.FromArgb(255, 0, 0);Color green = Color.FromArgb(0, 255, 0);Color blue = 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：Public static Color FromArgb (int alpha,int red,int green,int blue) 四个参数分别

17、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

18、何创建一支基本的蓝色画笔：Pen myPen = new Pen(Color.Blue); /创建一支蓝色画笔，宽度默认为1个像素Pen myPen = new Pen(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：SolidBrush myBrush = new SolidBrush(Color.Red); /实心画刷，默认宽度为1个像素Pen myPen = new Pen(myBrush); /从现有画刷创建红色画笔Pen myPen = new Pen(myBrush, 5); /从现有画刷创建宽度为5个像素的红色画

19、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：using System.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：priva

20、te void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e) /创建Graphics对象 Graphics g = e.Graphics; /创建一支黑色的画笔 Pen blackpen = new Pen(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, new Point(110, 12), new Point(400, 12); /创建一支红色的画笔

21、 Pen redpen = new Pen(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, new Point(110, 30), new Point(400, 30); /创建一支蓝色的画笔 Pen bluepen = new Pen(Color.Blue,6); /定义直线的样式 bluepen.StartCap = LineCap.Flat; bluepen.EndCap = LineCap.ArrowAncho

22、r; /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, new Point(110, 50), new Point(400, 50); /再创建一支黑色的画笔 Pen iblackpen = new Pen(Color.Black, 2.0f); /定义直线的样式 iblackpen.DashStyle = DashStyle.Custom; iblackpen.DashPattern = new float 4, 4 ; iblackpen.EndCap

23、 = 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, new Point(110, 70), new Point(400, 70); /再创建一支红色的画笔 Pen iredpen = new Pen(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.Bl

24、ack, 5, 85); /绘制宽度为2的点划线 g.DrawLine(iredpen, new Point(110, 90), new Point(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

25、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SolidBrush

26、Example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。private void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e) Graphics g = e.Graphics; SolidBrush mySolidBrush = new SolidBrush(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

27、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：using System.Drawing.Drawing2D; (2) 在窗体的属性中找

28、到Paint事件，双击此事件，添加Form1_Paint事件代码。图9-6 HatchBrush类示例图private void Fom1_Paint(object sender, PaintEventArgs e) Graphics g = e.Graphics; HatchBrush myHatchBrush =new HatchBrush(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Textur

29、eBrush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。 TextureBrush类提供了5个重载的构造函数,分别是：public TextureBrush (Image)public TextureBrush (Image Rectangle)public TextureBrush (Image,WrapMode)public TextureBrush (Image,Rectangle,ImageAttributes)public TextureBrus

30、h (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9-3 WrapMode 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。 TextureBrush类有3

31、个属性，如表9-4所示。表9-4 TextureBrush类属性名称属性ImageImage类型，与画刷关联的图像对象TransformMatrix类型，画刷的变换矩阵WrapModeWrapMode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“Image Files”，找到需要使用的图片，将其添加到当前项目中，并修改图