12.5Geometrische Objekte 

Die JavaFX-Bibliothek repräsentiert geometrische Formen wie Linien, Polygone oder Kurven durch Objekte. Diese zweidimensionalen Formenobjekte sind abgeleitet von einer abstrakten Basisklasse javafx.scene.shape.Shape, die dreidimensionalen von javafx.scene.shape.Shape3D. Konkrete Formen realisieren Unterklassen, von Shape sind das Line, Rectangle, Circle, Ellipse, Arc, Polygon, Polyline, Path, CubicCurve, QuadCurve, SVGPath und Text. Bis auf Text liegen alle Shape-Unterklassen im Paket javafx.scene.shape.

Erstes Beispiel

Die Oberklasse Shape erweitert javafx.scene.Node, und somit sind die konkreten Formen allesamt gültige Objekte im Szenegraphen. Fünf konkrete Shape-Objekte kommen in unserem Beispiel in eine Group und dann auf den Bildschirm:

Listing 12.5com/tutego/insel/javafx/ShapeDemo.java, start()

 

12.5.1Linien und Rechtecke 

Bei Linien müssen wir uns von der Vorstellung trennen, die uns die analytische Geometrie nahelegt. Laut Euklid ist eine Linie als kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten definiert. Da Linien eindimensional sind, besitzen sie eine Länge aus unendlich vielen Punkten, doch keine wirkliche Breite. Auf dem Bildschirm besteht eine Linie nur aus endlich vielen Punkten, und wenn eine Linie gezeichnet wird, werden Pixel gesetzt, die nahe an der wirklichen Linie sind. Die Punkte müssen passend in ein Raster gesetzt werden, und so kommt es vor, dass die Linie in Stücke zerbrochen wird. Dieses Problem gibt es bei allen grafischen Operationen, da von Fließkommawerten eine Abbildung auf Ganzzahlen, in unserem Fall absolute Koordinaten des Bildschirms, durchgeführt werden muss. Eine bessere Darstellung der Linien und Kurven ist durch Antialiasing zu erreichen. Dies ist eine Art Weichzeichnung mit nicht nur einer Farbe, sondern mit Abstufungen, sodass die Qualität auf dem Bildschirm wesentlich besser ist. Auch bei Zeichensätzen ist dadurch eine merkliche Verbesserung der Lesbarkeit auf dem Bildschirm zu erzielen.

Linien

Im ersten Beispiel haben wir schon javafx.scene.shape.Line verwendet, das Objekt verwaltet Start- und Endkoordinate:

Tabelle 12.1Properties von Line

Neben den Settern/Gettern, einem Standard-Konstruktor und dem Konstruktor Line(double startX, double startY, double endX, double endY) hat die Klasse nichts zu bieten.

Rechtecke

Rechtecke sind im Grunde nichts anderes als vier Linien. Doch Rechtecke kann JavaFX auch füllen, und zudem können sie abgerundet sein, wofür die Klasse die Angabe eines Bogen-Durchmessers für die Ecken erlaubt – alle Ecken können nur die gleiche Rundung haben.

Tabelle 12.2Properties von Rectangle

Die Klasse hat die zu erwartenden Setter/Getter und vier Konstruktoren:

• Rectangle()

• Rectangle(double width, double height)

• Rectangle(double x, double y, double width, double height)

• Rectangle(double width, double height, Paint fill)

 

12.5.2Kreise, Ellipsen, Kreisförmiges 

Ein Kreis wird in JavaFX von der Klasse Circle repräsentiert, eine Ellipse durch Ellipse. Beide verfügen über einen Mittelpunkt. Während der Kreis nur einen Radius hat, hat die Ellipse zwei Radien, die Breite und Höhe bestimmen:

Tabelle 12.3Properties von Circle und Ellipse

Beide Klassen haben einen Standard-Konstruktor und dazu folgende weitere parametrisierte Konstruktoren:

• Circle(double radius)

• Circle(double centerX, double centerY, double radius)

• Circle(double centerX, double centerY, double radius, Paint fill)

• Circle(double radius, Paint fill)

• Ellipse(double radiusX, double radiusY)

• Ellipse(double centerX, double centerY, double radiusX, double radiusY)

Die Ellipse kann also bisher nicht direkt mit Füllfarbe initialisiert werden.

Kreisbogen

Die Klasse javafx.scene.shape.Arc repräsentiert einen Kreisbogen. Diese Bögen ähneln Ellipsen, nur dass sie einen Startwinkel (in Grad) und relativ von dort einen Bogenwinkel haben. Und da ein Kreisbogen an sich »offen« ist, gibt es einige Optionen, ob das so bleibt:

• ArcType.OPEN: Kreisbogen bildet eine einfache Kreislinie, der verbleibende Teil ist offen.

• ArcType.CHORD: Start- und Endpunkt des Bogens werden durch eine Linie verbunden.

• ArcType.ROUND: Start- und Endpunkt des Bogens werden mit dem Mittelpunkt des Kreises verbunden, was dann so aussieht wie ein Kuchen (unter Java 2D noch »Pie« genannt).

Abbildung 12.4Die drei Bogentypen

Damit ist jeder Kreisbogen durch folgende Properties bestimmt:

Tabelle 12.4Properties von Arc

Neben den Settern/Gettern für die Properties hat die Klasse Arc nichts zu bieten. Zwei Konstruktoren gibt es:

• Arc()
  Baut einen Kreisbogen ohne irgendwelche gesetzten Properties auf.

• Arc(double centerX, double centerY, double radiusX,
  double radiusY, double startAngle, double length)
  Baut einen Kreisbogen mit Zustand auf.

 

12.5.3Es werde kurvig – quadratische und kubische Splines 

Die Klasse QuadCurve beschreibt quadratische Kurvensegmente. Dies sind Kurven, die durch zwei Endpunkte und einen dazwischenliegenden Kontrollpunkt definiert sind. CublicCurve beschreibt kubische Kurvensegmente, die durch zwei Endpunkte und zwei Kontrollpunkte definiert sind. Kubische Kurvensegmente werden auch Bézier-Kurven genannt.

Abbildung 12.5Kontrollpunkte der Kurven

Listing 12.6com/tutego/insel/javafx/CubicCurveDemo.java

Abbildung 12.6Screenshot der Anwendung CubicCurveDemo

 

12.5.4Pfade * 

Ein Pfad besteht aus zusammengesetzten Segmenten, die miteinander verbunden sind. Es ist ein wenig wie Malen nach Zahlen, bei dem der Stift von einem Punkt zum anderen gezogen wird, aber auch abgesetzt und neu positioniert werden darf. Die Segmente bestehen nicht wie bei Polygonen ausschließlich aus Linien, sondern können auch quadratische oder kubische Kurven sein.

Die Klasse javafx.scene.shape.Path erbt von Shape und repräsentiert eine Liste dieser Pfadsegmente, die in JavaFX vom Typ PathElement sind. Die Pfadsegmente sind also Objekte und werden dem Path entweder am Anfang über den Konstruktor übergeben oder später der Liste angehängt. Von der abstrakten Basisklasse PathElement gibt es folgende Unterklassen: LineTo, HLineTo, VLineTo, ArcTo, CubicCurveTo, QuadCurveTo, ClosePath und MoveTo. Die letzten beiden Typen nehmen eine gewisse Sonderstellung ein, da ClosePath den Pfad abschließt und ein MoveTo-Objekt den Zeichenstift absetzt und neu positioniert; da der Startpunkt automatisch bei (0,0) liegt, kann MoveTo ihn auch zu Anfang gut setzen.

Natürlich hätten wir in diesem Fall auch gleich ein Polyline- oder ein Line-Objekt nehmen können. Doch dieses Beispiel zeigt einfach, wie ein Pfad aufgebaut ist. Zunächst bewegen wir den Zeichenstift mit einem über den MoveTo(double, double)-Konstruktor erzeugten Objekt auf die Startposition, und anschließend zeichnen wir eine Linie mit einem über den Konstruktor LineTo(double, double) erzeugten Objekt.

Die Eigenschaften der Klasse Path sind daher auch übersichtlich:

• Path()

• Path(Collection<? extends PathElement> elements)

• Path(PathElement... elements)

• ObservableList<PathElement> getElements()

Des Weiteren gibt es eine Property fillRule für die Windungsregel und daher Setter/Getter.

Windungsregel *

Eine wichtige Eigenschaft der Pfade für gefüllte Objekte ist die Windungsregel (engl. winding rule). Diese Regel beschreibt eine Aufzählung javafx.scene.shape.FillRule und kann entweder NON_ZERO oder EVEN_ODD sein. Wenn Zeichenoperationen aus einer Form herausführen und wir uns dann wieder in der Figur befinden, sagt EVEN_ODD aus, dass dann innen und außen umgedreht wird. Wenn wir also zwei Rechtecke durch einen Pfad ineinander positionieren und der Pfad gefüllt wird, bekommt die Form in der Mitte ein Loch.

Das folgende Programm zeichnet ein blaues Rechteck mit NON_ZERO und ein rotes Rechteck mit EVEN_ODD. Mit der Konstanten NON_ZERO bei setFillRule(FileRule) wird das innere Rechteck mit ausgefüllt. Ausschlaggebend dafür, ob das innere Rechteck gezeichnet wird, ist die Anzahl der Schnittpunkte nach außen – »außen« heißt in diesem Fall, dass es unendlich viele Schnittpunkte gibt. Diese Regel wird aber nur dann wichtig, wenn wir mit nichtkonvexen Formen arbeiten. Solange sich die Linien nicht schneiden, ist dies kein Problem:

Listing 12.8com/tutego/insel/javafx/FillRuleDemo.java, start(…)

Die eigene statische Methode makeRect(int, int, int, int) definiert den Pfad für die Rechtecke mit den Mittelpunktkoordinaten x und y. Das erste Rechteck besitzt die Breite width sowie die Höhe height, und das innere Rechteck ist halb so groß:

Listing 12.9com/tutego/insel/javafx/FillRuleDemo.java, makeRect(…)

Mit MoveTo(double, double) bewegen wir uns zum ersten Punkt. Die weiteren Linien-Direktiven formen das Rechteck. Die Form muss geschlossen werden, doch dieses Beispiel macht durch das innere Rechteck anschaulich, dass die Figuren eines Path-Objekts nicht zusammenhängend sein müssen. Das innere Rechteck wird genauso gezeichnet wie das äußere.

Abbildung 12.7Die Windungsregeln NO_ZERO und EVEN_ODD

 

12.5.5Polygone und Polylines 

Eine Polyline besteht aus einer Menge von Linien, die einen Linienzug beschreiben. Dieser Linienzug muss nicht geschlossen sein. Ist er es dennoch, sprechen wir von einem Polygon. Für beides gibt es in JavaFX Klassen: Polygon und Polyline. Aufgebaut werden sie über den Standard-Konstruktor oder über einen parametrisierten Konstruktor, der mit (double... points) eine Liste von x-/y-Koordinaten annimmt. Die Klassen konvertieren die Punkte in eine interne ObservableList<Double>, die mit getPoints() zugänglich ist. Die Liste aus der Rückgabe kann problemlos verändert werden. Beide Objekte haben selbst keine Properties, daher gibt es neben getPoints() keine Setter/Getter in beiden Klassen.

 

12.5.6Beschriftungen, Texte, Fonts 

Eine einfach formatierte Beschriftung realisiert die Klasse Text. Gesetzt wird ein String an eine Position, wobei der String mit »\n« einen Umbruch enthalten kann, was JavaFX respektiert. Die Koordinaten bestimmen die Position der Schriftlinie – auch Grundlinie genannt (engl. baseline) –, auf der die Buchstaben stehen.

Damit ergeben sich die ersten drei Properties:

Tabelle 12.5Properties von Text

Da die Eigenschaften gerne am Anfang gesetzt werden, initialisiert sie zwei Konstruktoren gleich:

• Text(String text)

• Text(double x, double y, String text)

Einen Standard-Konstruktor hat die Klasse natürlich auch. Die Klasse hat weitere Properties, die die Javadoc aufzeigt, etwa ob der Text durch-/unterstrichen ist oder nicht, die Ausrichtung, wo umbrochen werden soll, oder den FontSmoothingType.

Zeichensätze/Fonts

JavaFX bringt die Unicode-Zeichenketten auf den Bildschirm, die aus so genannten Glyphen bestehen, das sind konkrete grafische Darstellungen eines Zeichens. Die Darstellung von Zeichen übernimmt in Java ein Font-Renderer, der in JavaFX fest verdrahtet ist.

Mit jeder Beschriftung ist standardmäßig ein Zeichensatz verbunden, der sich ändern lässt, üblicherweise mit setFont(Font). Argument der Methode ist ein javafx.scene.text.Font-Objekt, das im Wesentlichen den Zeichensatz, die Größe und Ausrichtung repräsentiert. Aufbauen lässt sich das Font-Objekt über zwei Konstruktoren oder über fünf Fabrikmethoden:

• Font(double size)

• Font(String name, double size)

• static Font font(String family, double size)

• static Font font(String family, FontPosture posture, double size)

• static Font font(String family, FontWeight weight, double size)

• static Font font(String family, FontWeight weight, FontPosture posture, double size)

Bis auf FondPosture (was eine Aufzählung mit ITALIC und REGULAR ist) und FontWeight (ebenfalls eine Aufzählung aus THIN, EXTRA_LIGHT, LIGHT, NORMAL, MEDIUM, SEMI_BOLD, BOLD, EXTRA_BOLD, BLACK) sind die Parameternamen selbsterklärend: Wir können den Namen des Zeichensatzes angeben und die Größe. Die Größe ist in Punkt angegeben, wobei 1 Punkt 1/72 Zoll (in etwa 0,376 mm) entspricht. Wird ein Font einem Text zugewiesen, der ja ein Node ist, kann der Knoten natürlich noch transformiert, etwa skaliert werden, sodass sich die Größe ändert.

Ist der Font einmal aufgebaut, gibt es die vier Getter, die von dem immutable Objekt die Zustände erfragen: String getName(), double getSize(), String getStyle() und String getFamily() – über JavaFX-Properties verfügt die Klasse nicht.

Neue TrueType-Fonts in Java nutzen

Die auf allen Systemen vordefinierten Standardzeichensätze sind etwas dürftig, obwohl die Font-Klasse selbst jeden installierten Zeichensatz mit getFontNames() und getFamilies() einlesen kann. Da ein Java-Programm aber nicht von der Existenz eines bestimmten Zeichensatzes ausgehen kann, ist es praktisch, einen Zeichensatz mit der Installation auszuliefern und dann diesen zu laden; das kann die Font-Klasse mit loadFont(…) machen. Die beiden statischen Methoden loadFont(InputStream in, double size), loadFont(String urlStr, double size) lesen einen Zeichensatz (in der Regel TrueType) ein und erstellen das entsprechende Font-Objekt. Es gibt die Rückgabe null, wenn JavaFX den Zeichensatz nicht einlesen kann, eine Ausnahme sollte es bei einem falschen Format nicht sein.

 

12.5.7Die Oberklasse Shape 

Die Klassen Shape und Shape3D erben von Node, was jeder Form eine Reihe von Fähigkeiten gibt, etwa:

• Methoden zur Transformation und zum Setzen von Effekten

• Abfangen von diversen Events

• Punkt-in-Form-Test

• Abfragen der umgebenden Box

• Setzen der Transparenz (engl. opacity)

• Nehmen eines Bildschirmabzugs (Screenshot) von der Form mit snapshot(…)

Shape ist selbst abstrakt, doch gibt es keine abstrakte Methode, die eine Unterklasse implementieren muss – die Klasse ist nur daher abstrakt, weil es keinen Sinn ergibt, von diesem speziellen Knotentyp ein Exemplar zu bilden.

Fähigkeiten jeder Form

Die Unterklassen von Shape bekommen Funktionalität nicht nur von Shapes Oberklasse Node, sondern Shape liefert den Formen selbst auch noch eine Reihe von Möglichkeiten, wie das Setzen von Muster oder Farbe. Insgesamt deklariert Shape folgende Properties:

Tabelle 12.6Properties eines Shape

Konstruktive Flächengeometrie *

Die Klasse Shape bietet statische Methoden, mit der sich zwei Formen zu neuen Formen verknüpfen lassen. Die Verknüpfungen sind Addition (Vereinigung), Subtraktion, und Schnitt (ein XOR gibt es nicht).

Die Signaturen der Methoden sind:

• static Shape union(Shape shape1, Shape shape2)
  Bildet eine Vereinigung zweier Formen. Ein Haus lässt sich zum Beispiel auf diese Weise durch ein Polygon mit dreieckiger Form, vereinigt mit einem Rectangle, darstellen.

• static Shape subtract(Shape shape1, Shape shape2)
  Schneidet die Form shape2 aus shape1 aus, sozusagen shape1 minus shape2.

• static Shape intersect(Shape shape1, Shape shape2)
  Bildet den Schnitt von zwei Formen, also alles, wo beide Formen Pixel haben, bleibt im Ergebnis.

Abbildung 12.8Beispiele für konstruktive Flächengeometrie mit Rechteck und Kreis

Die Verknüpfungen werden auch CAG (Constructive Area Geometry), zu Deutsch konstruktive Flächengeometrie, genannt.