java - 这是使用 Java 2D 图形 API 的正确方法吗？

Question

我正在为 JBox2D 模拟创建一个图形前端。模拟以增量方式运行，并且在更新之间，应该绘制模拟的内容。类似于游戏，只是没有输入。

我只需要几何图元来绘制 JBox2D 模拟。这个 API 看起来是最简单的选择，但它的设计有点困惑。

目前我有一个名为 Window 的类，它扩展了 JFrame，它包含另一个名为 Renderer 的类作为成员。 Window 类仅初始化自身并提供一个 updateDisplay() 方法(由主循环调用)，调用 updateDisplay(objects) Renderer 上的方法。我自己制作了这两个方法，它们的唯一目的是在 Renderer 上调用 repaint()。

JPanel 应该这样使用吗？或者我应该使用一些更复杂的动画方法(例如在某些后端线程中涉及事件和/或时间间隔)？

Answer 1

如果您想按设定的时间间隔安排更新，javax.swing.Timer为其提供了Swing集成服务。 Timer 定期在 EDT 上运行它的任务，没有显式循环。 (显式循环会阻止 EDT 处理事件，这会卡住 UI。我对此进行了更深入的解释 here。)

最终在 Swing 中进行任何类型的绘画，您仍然需要做两件事:

1. 重写 paintComponent 来绘制。
2. 根据需要调用 repaint 以请求您的绘图可见。 (Swing 通常只在需要时才重新绘制，例如当其他程序的窗口从 Swing 组件上方经过时。)

如果您正在做这两件事，您可能做对了。 Swing 实际上并没有用于动画的高级 API。它的设计主要考虑了绘制 GUI 组件。它当然可以做一些好事，但您必须像现在一样从头开始编写一个组件。

Painting in AWT and Swing如果您没有为它添加书签，它会涵盖一些“幕后”内容。

您可能会查看 JavaFX。我个人不太了解它，但它应该更适合动画。

作为一种优化，可以做的一件事是在单独的图像上绘制，然后在 paintComponent 中将图像绘制到面板上。如果绘画很长，这将特别有用:重绘可以由系统安排，这样可以更好地控制重绘。

如果您不绘制图像，则需要构建一个包含对象的模型，并且每次都在 paintComponent 中绘制所有对象。

---

下面是一个绘制到图像的例子:

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.image.*;
import java.awt.event.*;

/**
 * Holding left-click draws, and
 * right-clicking cycles the color.
 */
class PaintAnyTime {
    public static void main(String[] args) {
        SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                new PaintAnyTime();
            }
        });
    }

    Color[]    colors = {Color.red, Color.blue, Color.black};
    int  currentColor = 0;
    BufferedImage img = new BufferedImage(256, 256, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
    Graphics2D  imgG2 = img.createGraphics();

    JFrame frame = new JFrame("Paint Any Time");
    JPanel panel = new JPanel() {
        @Override
        protected void paintComponent(Graphics g) {
            super.paintComponent(g);
            // Creating a copy of the Graphics
            // so any reconfiguration we do on
            // it doesn't interfere with what
            // Swing is doing.
            Graphics2D g2 = (Graphics2D) g.create();
            // Drawing the image.
            int w = img.getWidth();
            int h = img.getHeight();
            g2.drawImage(img, 0, 0, w, h, null);
            // Drawing a swatch.
            Color color = colors[currentColor];
            g2.setColor(color);
            g2.fillRect(0, 0, 16, 16);
            g2.setColor(Color.black);
            g2.drawRect(-1, -1, 17, 17);
            // At the end, we dispose the
            // Graphics copy we've created
            g2.dispose();
        }
        @Override
        public Dimension getPreferredSize() {
            return new Dimension(img.getWidth(), img.getHeight());
        }
    };

    MouseAdapter drawer = new MouseAdapter() {
        boolean rButtonDown;
        Point prev;

        @Override
        public void mousePressed(MouseEvent e) {
            if (SwingUtilities.isLeftMouseButton(e)) {
                prev = e.getPoint();
            }
            if (SwingUtilities.isRightMouseButton(e) && !rButtonDown) {
                // (This just behaves a little better
                // than using the mouseClicked event.)
                rButtonDown  = true;
                currentColor = (currentColor + 1) % colors.length;
                panel.repaint();
            }
        }

        @Override
        public void mouseDragged(MouseEvent e) {
            if (prev != null) {
                Point  next = e.getPoint();
                Color color = colors[currentColor];
                // We can safely paint to the
                // image any time we want to.
                imgG2.setColor(color);
                imgG2.drawLine(prev.x, prev.y, next.x, next.y);
                // We just need to repaint the
                // panel to make sure the
                // changes are visible
                // immediately.
                panel.repaint();
                prev = next;
            }
        }

        @Override
        public void mouseReleased(MouseEvent e) {
            if (SwingUtilities.isLeftMouseButton(e)) {
                prev = null;
            }
            if (SwingUtilities.isRightMouseButton(e)) {
                rButtonDown = false;
            }
        }
    };

    PaintAnyTime() {
        // RenderingHints let you specify
        // options such as antialiasing.
        imgG2.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
                            RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
        imgG2.setStroke(new BasicStroke(3));
        //
        panel.setBackground(Color.white);
        panel.addMouseListener(drawer);
        panel.addMouseMotionListener(drawer);
        Cursor cursor =
            Cursor.getPredefinedCursor(Cursor.CROSSHAIR_CURSOR);
        panel.setCursor(cursor);
        frame.setContentPane(panel);
        frame.pack();
        frame.setResizable(false);
        frame.setLocationRelativeTo(null);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setVisible(true);
    }
}

---

如果例程长时间运行并且重绘可能同时发生，则也可以使用双缓冲。绘图是对与显示的图像分开的图像进行的。然后，当绘图例程完成后，图像引用会被交换，因此更新是无缝的。

例如，您通常应该为游戏使用双缓冲。双缓冲可防止图像以部分状态显示。例如，如果您在游戏循环中使用后台线程(而不是 Timer)并且游戏正在重绘，则可能会发生这种情况。如果没有双缓冲，这种情况会导致闪烁或撕裂。

默认情况下，Swing 组件是双缓冲的，因此如果您的所有绘图都发生在 EDT 上，则您无需自己编写双缓冲逻辑。 Swing 已经做到了。

这是一个稍微复杂一些的例子，它显示了一个长时间运行的任务和一个缓冲区交换:

import java.awt.*;
import javax.swing.*;
import java.awt.image.*;
import java.awt.event.*;
import java.util.*;

/**
 * Left-click to spawn a new background
 * painting task.
 */
class DoubleBuffer {
    public static void main(String[] args) {
        SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                new DoubleBuffer();
            }
        });
    }

    final int  width = 640;
    final int height = 480;

    BufferedImage createCompatibleImage() {
        GraphicsConfiguration gc =
            GraphicsEnvironment
                .getLocalGraphicsEnvironment()
                .getDefaultScreenDevice()
                .getDefaultConfiguration();
        // createCompatibleImage creates an image that is
        // optimized for the display device.
        // See http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/awt/GraphicsConfiguration.html#createCompatibleImage-int-int-int-
        return gc.createCompatibleImage(width, height, Transparency.TRANSLUCENT);
    }

    // The front image is the one which is
    // displayed in the panel.
    BufferedImage front = createCompatibleImage();
    // The back image is the one that gets
    // painted to.
    BufferedImage  back = createCompatibleImage();
    boolean  isPainting = false;

    final JFrame frame = new JFrame("Double Buffer");
    final JPanel panel = new JPanel() {
        @Override
        protected void paintComponent(Graphics g) {
            super.paintComponent(g);
            // Scaling the image to fit the panel.
            Dimension actualSize = getSize();
            int w = actualSize.width;
            int h = actualSize.height;
            g.drawImage(front, 0, 0, w, h, null);
        }
    };

    final MouseAdapter onClick = new MouseAdapter() {
        @Override
        public void mousePressed(MouseEvent e) {
            if (!isPainting) {
                isPainting = true;
                new PaintTask(e.getPoint()).execute();
            }
        }
    };

    DoubleBuffer() {
        panel.setPreferredSize(new Dimension(width, height));
        panel.setBackground(Color.WHITE);
        panel.addMouseListener(onClick);
        frame.setContentPane(panel);
        frame.pack();
        frame.setLocationRelativeTo(null);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setVisible(true);
    }

    void swap() {
        BufferedImage temp = front;
        front = back;
        back = temp;
    }

    class PaintTask extends SwingWorker<Void, Void> {
        final Point pt;

        PaintTask(Point pt) {
            this.pt = pt;
        }

        @Override
        public Void doInBackground() {
            Random rand = new Random();

            synchronized(DoubleBuffer.this) {
                Graphics2D g2 = back.createGraphics();
                g2.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
                                    RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
                g2.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_STROKE_CONTROL,
                                    RenderingHints.VALUE_STROKE_PURE);
                g2.setBackground(new Color(0, true));
                g2.clearRect(0, 0, width, height);
                // (This computes pow(2, rand.nextInt(3) + 7).)
                int  depth = 1 << ( rand.nextInt(3) + 7 );
                float  hue = rand.nextInt(depth);
                int radius = 1;
                int c;
                // This loop just draws concentric circles,
                // starting from the inside and extending
                // outwards until it hits the outside of
                // the image.
                do {
                    int rgb = Color.HSBtoRGB(hue / depth, 1, 1);
                    g2.setColor(new Color(rgb));

                    int x = pt.x - radius;
                    int y = pt.y - radius;
                    int d = radius * 2;

                    g2.drawOval(x, y, d, d);

                    ++radius;
                    ++hue;
                    c = (int) (radius * Math.cos(Math.PI / 4));
                } while (
                       (0 <= pt.x - c) || (pt.x + c < width)
                    || (0 <= pt.y - c) || (pt.y + c < height)
                );

                g2.dispose();
                back.flush();

                return (Void) null;
            }
        }

        @Override
        public void done() {
            // done() is completed on the EDT,
            // so for this small program, this
            // is the only place where synchronization
            // is necessary.
            // paintComponent will see the swap
            // happen the next time it is called.
            synchronized(DoubleBuffer.this) {
                swap();
            }

            isPainting = false;
            panel.repaint();
        }
    }
}

绘画套路只是为了画垃圾，需要很长时间: