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使用 PHP 创建图形的巧妙方法

如何编译面向对象的图形库

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我将图形编辑程序分为两类:一类是绘图程序,利用这种程序可以一个像素一个像素地绘制图像;另外一类是制图程序,这种程序提供了一组对象,例如线、椭圆和矩形,您可以使用这些对象来组合成一幅大图像,例如 JPEG。绘图程序非常适合进行像素级的控制。但是对于业务图形来说,制图程序是比较好的方式,因为大部分图形都是由矩形、线和椭圆组成的。

PHP 内置的制图基本操作与绘图程序非常类似。它们对于绘制图像来说功能非常强大;但是如果您希望自己的图像是一组对象集合时,这就不太适合了。本文将向您展示如何在 PHP 图形库的基础上构建一个面向对象的图形库。您将使用 PHP V5 中提供的面向对象的扩展。

具有面向对象的图形支持之后,您的图形代码就非常容易理解和维护了。您可能还需要从一种单一的图形源将图形合成为多种类型的媒介:Flash 电影、SVG 等等。

目标

创建一个图形对象库包括 3 个主要的目标:

从基本操作切换到对象上
它不使用 imagelineimagefilledrectangle 以及其他图形函数,这个库应该提供一些对象,例如 LineRectangleOval,它们可以用来制作图像。它应该还可以支持构建更大的复杂对象或对对象进行分组的功能。
可以进行 z 值排序
制图程序让画家可以在画面表面上上下移动图形对象。这个库应该可以支持将一个对象放到其他对象前后的功能:它使用了一个 z 值,用来定义对象从制图平面开始的高度。z 值越大的对象被画得越晚,也就出现在那些 z 值较小的对象之上。
提供 viewport 的转换
通常,数据的坐标空间与图像的坐标空间是不同的。PHP 中的图形基本操作是对图像的坐标平面进行操作的。这个图形库应该支持 viewport 的规范,这样您就可以在一个程序员熟悉的坐标系统中指定图形了,并且可以自动进行伸缩来适应任何图像的大小。

由于这里有很多特性,您将一步步地编写代码来展示这些代码如何不断增加功能。

基础知识

让我们首先来看一个图形环境对象和一个名为 GraphicsObject 的接口,它是使用一个 Line 类实现的,功能就是用来画线。UML 如图 1 所示。

图 1. 图形环境和图形对象接口
图形环境和图形对象接口

GraphicsEnvironment 类中保存了图形对象和一组颜色,还包括宽度和高度。saveAsPng 方法负责将当前的图像输出到指定的文件中。

GraphicsObject 是任何图形对象都必须使用的接口。要开始使用这个接口,您所需要做的就是使用 render 方法来画这个对象。它是由一个 Line 类实现的,它利用 4 个坐标:开始和结束的 x 值,开始和结束的 y 值。它还有一个颜色。当调用 render 时,这个对象从 sx,sy 到 ex,ey 画一条由名字指定的颜色的线。

这个库的代码如清单 1 所示。

清单 1. 基本的图形库
<?php
class GraphicsEnvironment
{
  public $width;
  public $height;
  public $gdo;
  public $colors = array();
  public function __construct( $width, $height )
  {
    $this->width = $width;
    $this->height = $height;
    $this->gdo = imagecreatetruecolor( $width, $height );
    $this->addColor( "white", 255, 255, 255 );
    imagefilledrectangle( $this->gdo, 0, 0,
      $width, $height,
      $this->getColor( "white" ) );
  }
  public function width() { return $this->width; }
  public function height() { return $this->height; }
  public function addColor( $name, $r, $g, $b )
  {
    $this->colors[ $name ] = imagecolorallocate(
      $this->gdo,
      $r, $g, $b );
  }
  public function getGraphicObject()
  {
    return $this->gdo;
  }
  public function getColor( $name )
  {
    return $this->colors[ $name ];
  }
  public function saveAsPng( $filename )
  {
    imagepng( $this->gdo, $filename );
  }
}
abstract class GraphicsObject
{
  abstract public function render( $ge );
}
class Line extends GraphicsObject
{
  private $color;
  private $sx;
  private $sy;
  private $ex;
  private $ey;
  public function __construct( $color, $sx, $sy, $ex, $ey )
  {
    $this->color = $color;
    $this->sx = $sx;
    $this->sy = $sy;
    $this->ex = $ex;
    $this->ey = $ey;
  }
  public function render( $ge )
  {
    imageline( $ge->getGraphicObject(),
      $this->sx, $this->sy,
      $this->ex, $this->ey,
      $ge->getColor( $this->color ) );
  }
}
?>

测试代码如清单 2 所示:

清单 2. 基本图形库的测试代码
<?php
require_once( "glib.php" );
$ge = new GraphicsEnvironment( 400, 400 );
$ge->addColor( "black", 0, 0, 0 );
$ge->addColor( "red", 255, 0, 0 );
$ge->addColor( "green", 0, 255, 0 );
$ge->addColor( "blue", 0, 0, 255 );
$gobjs = array();
$gobjs []= new Line( "black", 10, 5, 100, 200 );
$gobjs []= new Line( "blue", 200, 150, 390, 380 );
$gobjs []= new Line( "red", 60, 40, 10, 300 );
$gobjs []= new Line( "green", 5, 390, 390, 10 );
foreach( $gobjs as $gobj ) { $gobj->render( $ge ); }
$ge->saveAsPng( "test.png" );
?>

这个测试程序创建了一个图形环境。然后创建几条线,它们指向不同的方向,具有不同的颜色。然后,render 方法可以将它们画到图形平面上。最后,这段代码将这个图像保存为 test.png。

在本文中,都是使用下面的命令行解释程序来运行这段代码,如下所示:

% php test.php
%

图 2 显示了所生成的 test.png 文件在 Firefox 中的样子。

图 2. 简单的图形对象测试
简单的图形对象测试
简单的图形对象测试

这当然不如蒙娜丽莎漂亮,但是可以满足目前的工作需要。

添加维数

我们的第一个需求 —— 提供图形对象的能力 —— 已经满足了,现在应该开始满足第二个需求了:可以使用一个 z 值将一个对象放到其他对象的上面或下面。

我们可以将每个 z 值当作是原始图像的一个面。所画的元素是按照 z 值从最小到最大的顺序来画的。例如,让我们画两个图形元素:一个红色的圆和一个黑色的方框。圆的 z 值是 100,而黑方框的 z 值是 200。这样会将圆放到方框之后,如图 3 所示:

图 3. 不同 z 值的面
不同 z 值的面
不同 z 值的面

我们只需要修改一下 z 值就可以将这个红圆放到黑方框之上。要实现这种功能,我们需要让每个 GraphicsObject 都具有一个 z() 方法,它返回一个数字,就是 z 值。由于您需要创建不同的图形对象(LineOvalRectangle),您还需要创建一个基本的类 BoxObject,其他 3 个类都使用它来维护起点和终点的坐标、z 值和这个对象的颜色(请参看图 4)。

图 4. 给系统添加另外一维:z 值
给系统添加另外一维:z 值
给系统添加另外一维:z 值

这个图形库的新代码如清单 3 所示:

清单 3. 可以处理 z 信息的图形库
<?php
class GraphicsEnvironment
{
  public $width;
  public $height;
  public $gdo;
  public $colors = array();
  public function __construct( $width, $height )
  {
    $this->width = $width;
    $this->height = $height;
    $this->gdo = imagecreatetruecolor( $width, $height );
    $this->addColor( "white", 255, 255, 255 );
    imagefilledrectangle( $this->gdo, 0, 0,
      $width, $height,
      $this->getColor( "white" ) );
  }
  public function width() { return $this->width; }
  public function height() { return $this->height; }
  public function addColor( $name, $r, $g, $b )
  {
    $this->colors[ $name ] = imagecolorallocate(
      $this->gdo,
      $r, $g, $b );
  }
  public function getGraphicObject()
  {
    return $this->gdo;
  }
  public function getColor( $name )
  {
    return $this->colors[ $name ];
  }
  public function saveAsPng( $filename )
  {
    imagepng( $this->gdo, $filename );
  }
}
abstract class GraphicsObject
{
  abstract public function render( $ge );
  abstract public function z();
}
abstract class BoxObject extends GraphicsObject
{
  protected $color;
  protected $sx;
  protected $sy;
  protected $ex;
  protected $ey;
  protected $z;
  public function __construct( $z, $color, $sx, $sy, $ex, $ey )
  {
    $this->z = $z;
    $this->color = $color;
    $this->sx = $sx;
    $this->sy = $sy;
    $this->ex = $ex;
    $this->ey = $ey;
  }
  public function z() { return $this->z; }
}
class Line extends BoxObject
{
  public function render( $ge )
  {
    imageline( $ge->getGraphicObject(),
      $this->sx, $this->sy,
      $this->ex, $this->ey,
      $ge->getColor( $this->color ) );
  }
}
class Rectangle extends BoxObject
{
  public function render( $ge )
  {
    imagefilledrectangle( $ge->getGraphicObject(),
      $this->sx, $this->sy,
      $this->ex, $this->ey,
      $ge->getColor( $this->color ) );
  }
}
class Oval extends BoxObject
{
  public function render( $ge )
  {
    $w = $this->ex - $this->sx;
    $h = $this->ey - $this->sy;
    imagefilledellipse( $ge->getGraphicObject(),
      $this->sx + ( $w / 2 ),
      $this->sy + ( $h / 2 ),
      $w, $h,
      $ge->getColor( $this->color ) );
  }
}
?>

测试代码也需要进行更新,如清单 4 所示。

清单 4. 更新后的测试代码
<?php
require_once( "glib.php" );
function zsort( $a, $b )
{
  if ( $a->z() < $b->z() ) return -1;
  if ( $a->z() > $b->z() ) return 1;
  return 0;
}
$ge = new GraphicsEnvironment( 400, 400 );
$ge->addColor( "black", 0, 0, 0 );
$ge->addColor( "red", 255, 0, 0 );
$ge->addColor( "green", 0, 255, 0 );
$ge->addColor( "blue", 0, 0, 255 );
$gobjs = array();
$gobjs []= new Oval( 100, "red", 50, 50, 150, 150 );
$gobjs []= new Rectangle( 200, "black", 100, 100, 300, 300 );
usort( $gobjs, "zsort" );
foreach( $gobjs as $gobj ) { $gobj->render( $ge ); }
$ge->saveAsPng( "test.png" );
?>

此处需要注意两件事情。首先是我们添加了创建 OvalRectangle 对象的过程,其中第一个参数是 z 值。其次是调用了 usort,它使用了 zsort 函数来对图形对象根据 z 值进行排序。

在运行这个程序时,test.png 文件应该如图 5 所示。

图 5. 红圆在黑方框之后
红圆在黑方框之后
红圆在黑方框之后

现在修改下面的代码:

$gobjs []= new Oval( 200, "red", 50, 50, 150, 150 );
$gobjs []= new Rectangle( 100, "black", 100, 100, 300, 300 );

再次运行这个代码,突然这个椭圆就在这个方框上面了,如图 6 所示。

图 6. 红圆现在在黑方框上面了
红圆现在在黑方框上面了
红圆现在在黑方框上面了

红圆现在就出现在黑方框上面了,尽管它是先创建的,也是首先添加到数组中的。这就是 z 值的实际价值:您可以按照任何顺序来创建对象,并可以通过调整每个对象的 z 值来调整彼此之间的相对位置。

在这段代码中,z 值排序是在这个库之外实现的。让我们通过创建一个新容器对象 Group 来实现这种功能,其中保存了一组 GraphicsObject 对象。Group 对象然后再处理排序的问题。

Group 类的代码如清单 5 所示。

清单 5. Group
function zsort( $a, $b )
{
  if ( $a->z() < $b->z() ) return -1;
  if ( $a->z() > $b->z() ) return 1;
  return 0;
}
class Group extends GraphicsObject
{
  private $z;
  protected $members = array();
  public function __construct( $z )
  {
    $this->z = $z;
  }
  public function add( $member )
  {
    $this->members []= $member;
  }
  public function render( $ge )
  {
    usort( $this->members, "zsort" );
    foreach( $this->members as $gobj )
    {
      $gobj->render( $ge );
    }
  }
  public function z() { return $this->z; }
}

Group 对象的任务是保持一个对象数组,然后在画图时,逐个对对象zo进行排序和画图。

更新后的测试代码如清单 6 所示。

清单 6. 更新后的测试代码
<?php
require_once( "glib.php" );
$ge = new GraphicsEnvironment( 400, 400 );
$ge->addColor( "black", 0, 0, 0 );
$ge->addColor( "red", 255, 0, 0 );
$ge->addColor( "green", 0, 255, 0 );
$ge->addColor( "blue", 0, 0, 255 );
$g1 = new Group( 0 );
$g1->add( new Oval( 200, "red", 50, 50, 150, 150 ) );  
$g1->add( new Rectangle( 100, "black", 100, 100, 300, 300 ) );
$g1->render( $ge );
$ge->saveAsPng( "test.png" );
?>

现在所有的客户机需要做的是创建一个 Group 对象。它会处理排序和其他操作。

创建 viewport

viewport 是一个人造的坐标系统,可以转换成图像的物理坐标系统。viewport 的扩展可以是您希望的任何东西。例如,x 和 y 轴的起点和终点可以是 -2 和 2,这样 viewport 坐标平面的中心就是 0, 0。这对于三角图形(例如 sin 和 cosine)来说是很好的一个 viewport。或者,这个 viewport 也可以是不对称的,其中 y 值的范围从 -1 到 1,x 值的范围是从 0 到 10,000,这取决于您的需要。

这个 viewport 的其他值可以确保构建一个 400X400 的图像所采用的逻辑与构建一个 4000X2000 的图像所采用的逻辑是相同的。代码负责向这个 viewport 中写入数据,然后这个 viewport 自动实现到图像的物理尺寸的自动映射。

要让您的 viewport 正常工作,您需要将这个 viewport 的范围从 0,0 修改为 1,1,这可以让图形对象回调图形环境,从而将 viewport 的坐标转换成物理坐标。您可以将所有的代码都放到 BoxObject 基类中进行简化。

图 7 显示了有关新添加的代码的两个内容。首先是添加的 txty 方法,这会将 x 和 y 坐标从 viewport 转换成物理图像的坐标。第二个是对 BoxObject 增加了 draw 方法,它的派生类应该用来进行制图。BoxObjectrender 方法中实现 viewport 的转换,并使用物理坐标来调用 draw 方法。使用这种方法,LineOvalRectangle 类都可以利用 viewport 坐标,而不需要担心坐标转换的问题。

图 7. 所添加的图形环境 viewport 转换
所添加的图形环境 viewport 转换
所添加的图形环境 viewport 转换

这个新库的代码如清单 7 所示:

清单 7. 具有 viewport 支持的图形库
<?php
class GraphicsEnvironment
{
  public $width;
  public $height;
  public $gdo;
  public $colors = array();
  public function __construct( $width, $height )
  {
    $this->width = $width;
    $this->height = $height;
    $this->gdo = imagecreatetruecolor( $width, $height );
    $this->addColor( "white", 255, 255, 255 );
    imagefilledrectangle( $this->gdo, 0, 0,
      $width, $height,
      $this->getColor( "white" ) );
  }
  public function width() { return $this->width; }
  public function height() { return $this->height; }
  public function addColor( $name, $r, $g, $b )
  {
    $this->colors[ $name ] = imagecolorallocate(
      $this->gdo,
      $r, $g, $b );
  }
  public function getGraphicObject()
  {
    return $this->gdo;
  }
  public function getColor( $name )
  {
    return $this->colors[ $name ];
  }
  public function saveAsPng( $filename )
  {
    imagepng( $this->gdo, $filename );
  }
  
  public function tx( $x )
  {
    return $x * $this->width;
  }
   
  public function ty( $y )
  {
    return $y * $this->height;
  }
}
abstract class GraphicsObject
{
  abstract public function render( $ge );
  abstract public function z();
}
function zsort( $a, $b )
{
  if ( $a->z() < $b->z() ) return -1;
  if ( $a->z() > $b->z() ) return 1;
  return 0;
}
class Group extends GraphicsObject
{
  private $z;
  protected $members = array();
  public function __construct( $z )
  {
    $this->z = $z;
  }
  public function add( $member )
  {
    $this->members []= $member;
  }
  public function render( $ge )
  {
    usort( $this->members, "zsort" );
    foreach( $this->members as $gobj )
    {
      $gobj->render( $ge );
    }
  }
  public function z() { return $this->z; }
}
abstract class BoxObject extends GraphicsObject
{
  protected $color;
  protected $sx;
  protected $sy;
  protected $ex;
  protected $ey;
  protected $z;
  public function __construct( $z, $color, $sx, $sy, $ex, $ey )
  {
    $this->z = $z;
    $this->color = $color;
    $this->sx = $sx;
    $this->sy = $sy;
    $this->ex = $ex;
    $this->ey = $ey;
  }
  public function render( $ge )
  {
    $rsx = $ge->tx( $this->sx );
    $rsy = $ge->ty( $this->sy );
    $rex = $ge->tx( $this->ex );
    $rey = $ge->ty( $this->ey );
    $this->draw( $rsx, $rsy, $rex, $rey,
          $ge->getGraphicObject(),
          $ge->getColor( $this->color ) );
  }
  abstract public function draw( $sx, $sy,
    $ex, $ey, $gobj, $color );
  public function z() { return $this->z; }
}
class Line extends BoxObject
{
  public function draw( $sx, $sy, $ex, $ey,
    $gobj, $color )
  {
    imageline( $gobj, $sx, $sy, $ex, $ey,
       $color );
  }
}
class Rectangle extends BoxObject
{
  public function draw( $sx, $sy, $ex, $ey,
    $gobj, $color )
  {
    imagefilledrectangle( $gobj, $sx, $sy,
      $ex, $ey, $color );
  }
}
class Oval extends BoxObject
{
  public function draw( $sx, $sy, $ex, $ey,
    $gobj, $color )
  {
    $w = $ex - $sx;
    $h = $ey - $sy;
    imagefilledellipse( $gobj,
      $sx + ( $w / 2 ), $sy + ( $h / 2 ),
      $w, $h, $color );
  }
}
?>

GraphicsEnvironment 类中的 viewport 转换代码是高亮显示的,正如 GraphicsObject 中的 render 代码一样,这会回调图形环境来进行坐标转换的工作。

测试代码只需要稍加修改即可(请参看清单 8)。这些对象现在需要在 0,0 和 1,1 之间的 viewport 中进行指定。

清单 8. 使用新 viewport 坐标的测试代码
$g1 = new Group( 0 );
$g1->add( new Oval( 200, "red", 0.1, 0.1, 0.5, 0.5 ) );  
$g1->add( new Rectangle( 100, "black", 0.4, 0.4, 0.9, 0.9 ) );

这非常不错,但是您可能实际上并不希望使用一个 0,0 与 1,1 之间的 viewport;而是希望使用任意的 viewport —— 例如,在 -1000,-1000 到 1000,1000 之间。要让这成为可能,这个图形环境就需要知道 viewport 的起点和终点。

图 8 显示了更新后的 GraphicsEnvironment 类,它具有几个成员变量,用来存储 viewport 的起点和终点坐标:vsx,vsyvex,vey。图形对象并不需要进行修改。

图 8. 具有灵活 viewport 规范的图形环境
具有灵活 viewport 规范的图形环境

清单 9 显示了更新后的 GraphicsEnvironment 代码。

清单 9. 更新后的 GraphicsEnvironment 代码
class GraphicsEnvironment
{
  public $vsx;
  public $vsy;
  public $vex;
  public $vey;
  public $width;
  public $height;
  public $gdo;
  public $colors = array();
  public function __construct( $width, $height,
    $vsx, $vsy, $vex, $vey )
  {
    $this->vsx = $vsx;
    $this->vsy = $vsy;
    $this->vex = $vex;
    $this->vey = $vey;
    $this->width = $width;
    $this->height = $height;
    $this->gdo = imagecreatetruecolor( $width, $height );
    $this->addColor( "white", 255, 255, 255 );
    imagefilledrectangle( $this->gdo, 0, 0,
      $width, $height,
      $this->getColor( "white" ) );
  }
  public function width() { return $this->width; }
  public function height() { return $this->height; }
  public function addColor( $name, $r, $g, $b )
  {
    $this->colors[ $name ] = imagecolorallocate(
      $this->gdo,
      $r, $g, $b );
  }
  public function getGraphicObject()
  {
    return $this->gdo;
  }
  public function getColor( $name )
  {
    return $this->colors[ $name ];
  }
  public function saveAsPng( $filename )
  {
    imagepng( $this->gdo, $filename );
  }
  
  public function tx( $x )
  {
    $r = $this->width / ( $this->vex - $this->vsx );
    return ( $x - $this->vsx ) * $r;
  }
   
  public function ty( $y )
  {
    $r = $this->height / ( $this->vey - $this->vsy );
    return ( $y - $this->vsy ) * $r;
  }
}

现在这个构造函数可以利用另外 4 个参数了,它们分别是 viewport 的起点和终点。 txty 函数使用新的 viewport 坐标,并将 viewport 坐标转换成物理坐标。

测试代码如清单 10 所示。

清单 10. viewport 测试代码
<?php
require_once( "glib.php" );
$ge = new GraphicsEnvironment( 400, 400,
   -1000, -1000, 1000, 1000 );
$ge->addColor( "black", 0, 0, 0 );
$ge->addColor( "red", 255, 0, 0 );
$ge->addColor( "green", 0, 255, 0 );
$ge->addColor( "blue", 0, 0, 255 );
$g1 = new Group( 0 );
$g1->add( new Oval( 200, "red", -800, -800, 0, 0 ) );  
$g1->add( new Rectangle( 100, "black", -400, -400, 900, 900 ) );
$g1->render( $ge );
$ge->saveAsPng( "test.png" );
?>

这段测试代码会在 -1000,-1000 与 1000,000 之间创建一个 viewport。对象会被重新放置,以适合这个新的坐标系统。

测试代码的输出如图 9 所示。

图 9. viewport 绘制的图像转换为一个 400X400 的图像
viewport 绘制的图像转换为一个 400X400 的图像
viewport 绘制的图像转换为一个 400X400 的图像

如果您希望图像的大小是 400X200,就可以采用下面的方法:

$ge = new GraphicsEnvironment( 400, 200,
  -1000, -1000, 1000, 1000 );

您会得到一个纵向缩小后的图像,如图 10 所示。

图 10. 图形的 400X200 版本
图形的 400X200 版本
图形的 400X200 版本

这展示了代码如何自动调整图像的大小来适合所请求的图像。

创建 viewport

动态图可以为应用程序添加一个新的交互层。使用这种面向对象的系统可以让构建复杂图形变得非常简单,比使用标准的 PHP 库中的基本操作来画图更加简单。另外,您还可以实现画不同大小或类型的图像,并且可以长期使用相同的代码来画不同类型的媒介,例如 SVG、PDF、Flash 和其他类型的媒介。


相关主题

  • 您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文
  • PHP.net 是学习有关 PHP 的最新知识的地方。
  • 访问 GD 图形库
  • James Foley 和 Andries van Dam 著的 Computer Graphics: Principles and Practice in C(Addison-Wesley Professional,1995 年),是有关图形的一份很好的资源。
  • Adobe 的 Scalable Vector Graphics 是一个有趣的地方,可以查找有关图形方面的信息。
  • 要学习更多有关 PHP 的内容,请访问 developerWorks 上的 PHP 项目资源
  • 访问 developerWorks 开放源码专区,获得丰富的 how-to 信息、工具和项目更新,以帮助您用开放源码技术进行开发,并与 IBM 产品结合使用。
  • 使用 IBM 试用软件 改进您的下一个开放源码开发项目,可以通过下载或从 DVD 中获得这些软件。

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