Java使用Graphics2D生成公章

用了大半天的时间才把这个公章做好，个人感觉这里面需要比较多的数学知识，当然都是比较简单的了。

Graphics2D

根据API上的说法是，在使用Graphics2D类库的时候，这是进行操作的主要类，类似于提供了一种context。Graphics2D为抽象类，继承自Graphics类，所以在操作前，需要先获取一种可以操作的对象，然后再创建Graphics2D对象。
Graphics2D可以支持三种操作：图形操作（画各种图形，填充）、写文字、变换（比如旋转、切割等）

BufferedImage bi = new BufferedImage(canvasWidth, canvasHeight, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);//创建了bufferedImage对象，可以在最后保存为图片
Graphics2D g2d = bi.createGraphics();//创建Graphics2D对象

填充

填充图形时，首先要设置画笔，然后调用g2d对象的fill函数，如

g2d.setPaint(Color.WHITE);//设置画笔颜色
g2d.fillRect(0, 0, canvasWidth, canvasWidth);//填充区域，将区域背景设置为白色

除了fillRect外，还有很多其他填充方法，还有fill(Shape s)，因此基本可以满足大多数需求。

画圆

再画圆的时候，首先要生成一个Shape对象，然后调用g2d.draw(shape)即可，因此，这里面如何生成Shape对象就很重要了。
可以看一下Shape类结构，shape是一个接口类，实现了众多实现类，比如Arc（弧度）、贝塞尔曲线、椭圆、线等等。这里我们要使用Arc，既然可以生成弧度，那么当然就可以生成圆。

       g2d.setPaint(Color.red);//设置画笔
       g2d.setStroke(new BasicStroke(5));//设置画笔的粗度
       Shape circle = new Arc2D.Double(0,0,circleRadius*2,circleRadius*2,0,360,Arc2D.OPEN);//构造圆形，Arc2D为抽象类，Arc2D.double和Arc2D.float为它的具体实现类。
       g2d.draw(circle);//OK，现在已经有了一个圆

画线

我们需要的是距离圆心上下等距的两条线。所以，这里我们要知道距离有多远，或者说线段的顶点与圆心的连线，如下图所示，这个夹角的大小，我称为lineArc（注意必须是弧度），根据这个角，我们就得到了上线段的两个顶点(radius-radius*sin(α),radius-radius*cos(α)),(radius+radius*sin(α),radius-radius*cos(α))，同理下线段的两个顶点也知道了。再然后调用drawLine即可，如果需要更改颜色，或者更改画笔，随时都可以通过set来更改。

Java使用Graphics2D生成公章

 double halfHeight = circleRadius * (Math.cos(lineArc));
double halfWidth = circleRadius * (Math.sin(lineArc));

       g2d.drawLine((int)(circleRadius-halfWidth),(int)(circleRadius-halfHeight),(int)(circleRadius+halfWidth),(int)(circleRadius-halfHeight));//
       g2d.drawLine((int)(circleRadius-halfWidth),(int)(circleRadius+halfHeight),(int)(circleRadius+halfWidth),(int)(circleRadius+halfHeight)

写字

写字看起来最简单，直接调用g2d.drawString()即可了，是的，是这样，但是又不仅仅如此，因为我们常常对这些字的格式有很高的要求。这得让我们仔细思考两个问题。

从哪里开始绘制？也就是说固定那个坐标，固定字的左上角？左下角？甚至中间？
字的宽度是多少？有人说不是由font-size决定吗？的确由它决定，但是它的宽度又不等于font-size。

这两个问题的答案是至关重要的，因为如果不搞清楚，我们没办法绘制。
g2d有一个方法是getFontRenderContext，通过它我们可以获取到字体渲染的上下文环境。然后定义一个Font对象，然后在该对象上调用
f.getStringBounds()来得到一个Rectangle2D的对象。而这个对象是一个长方形的对象类。Briliant，从字面意思我们也可以知道getStringBounds可以获取到文字的外轮廓所构成的矩形。
这个矩阵包含如下几个方法：getX()、getY():分别获取矩形左上角的坐标。getHeight()、getWidth()：分别获取矩形的高度、宽度。get CenterX()、getCenterY()表示获取矩形的中心点坐标。
OK，我们来回答上述两个问题
第一：从哪里开始绘制，我不知道，这个很尴尬，我做了如下实验，这个感觉就好像是以(0,-30)开始绘制一个宽度为40的矩形一样。
第二：字的宽度，我们可以通过getHeight()来得到字的高度，通过getWidth()来获取字符串的宽度。

       int fontSize = 30;
       Font f = new Font("宋体", Font.PLAIN, fontSize);
       FontRenderContext context = g2d.getFontRenderContext();
       Rectangle2D bounds = f.getStringBounds(center, context);

       System.out.println("X:"+bounds.getX());//X:0.0
       System.out.println("Y:"+bounds.getY());//Y:-30.1611328125
       System.out.println("height:"+bounds.getHeight());//height:40.9716796875
       System.out.println("center y:"+bounds.getCenterY());//center y:-9.67529296875

那我们如何在我们希望的位置进行绘制呢？很简单，平移。只要将矩形的中心放到我们想要的位置就可以了。因此，我们可以

g2d.drawString(center, (float) (circleRadius - bounds.getCenterX()), (float) (circleRadius - bounds.getCenterY()));

上面就是将文字的中心点平移到(circleRadius,circleRadius)处。

弧形文字

印章上可能最复杂的部分就是在于顶部的弧形文字，android的canvas上是利用一条曲线，然后用一个API可以在这条path上写字。但是java应用并没有这样的库，所以需要自己来处理。这里主要指对文字要进行旋转。
旋转是这样实现的：

Font f = new Font(...);
f.deriveFont(AffineTransform transform);//AffineTransform就是表示线性变换，

AffineTransform transform = AffineTransform .getRotateInstance(α），表示正向旋转α度，这里是通过矩阵变换实现的，详细信息请看API

弧形文字知道怎么构建了，下一个问题是如何确定第一个文字的位置？
这里要分两种情况，当文字个数为奇数时，中间的文字正好在圆心的上方，而当文字个数为偶数时，中间两个文字都正好沿着中间线对称排布。

 if(countOfMsg % 2 == 1){//奇数
      firstAngle = (countOfMsg-1)*radianPerInterval/2.0 + Math.PI/2;
  }else{//偶数
      firstAngle = (countOfMsg/2.0-1)*radianPerInterval + radianPerInterval/2.0 +Math.PI/2;
}

其中radianPerInterval是指字和字之間的夾角。

那夾角是怎麼計算出來的呢？這就是下一個問題了。

我們知道文字所對應矩形的長度，也知道文字的個數，這樣就可以知道相鄰文字之間的間距了
上面說的間距，我们可以通过2*arcsin(length/(2*radius))来计算角度，至于为什么，你画一画就知道了。

下面就可以贴出程序了。

package com.dacas;

import java.awt.*;
import java.awt.font.FontRenderContext;
import java.awt.geom.AffineTransform;
import java.awt.geom.Arc2D;
import java.awt.geom.Rectangle2D;
import java.awt.image.BufferedImage;

/**
 * Created by dave on 2016/3/22.
 */
public class GraphicsUtil {
public static BufferedImage getSeal(String head,String center,String foot,int canvasWidth,int canvasHeight,double lineArc){
       BufferedImage bi = new BufferedImage(canvasWidth, canvasHeight, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
       Graphics2D g2d = bi.createGraphics();
//设置画笔
       g2d.setPaint(Color.WHITE);
       g2d.fillRect(0, 0, canvasWidth, canvasWidth);

int circleRadius = Math.min(canvasWidth,canvasHeight)/2;
/***********draw circle*************/
       g2d.setPaint(Color.red);
       g2d.setStroke(new BasicStroke(5));//设置画笔的粗度
       Shape circle = new Arc2D.Double(0,0,circleRadius*2,circleRadius*2,0,360,Arc2D.OPEN);
       g2d.draw(circle);
/************************************/

/***************draw line*******************/
double halfHeight = circleRadius * (Math.cos(lineArc));
double halfWidth = circleRadius * (Math.sin(lineArc));

       g2d.drawLine((int)(circleRadius-halfWidth),(int)(circleRadius-halfHeight),(int)(circleRadius+halfWidth),(int)(circleRadius-halfHeight));//
       g2d.drawLine((int)(circleRadius-halfWidth),(int)(circleRadius+halfHeight),(int)(circleRadius+halfWidth),(int)(circleRadius+halfHeight));//
/***********************END********************/

/*****************draw string******************/
int fontSize = 30;
       Font f = new Font("宋体", Font.PLAIN, fontSize);
       FontRenderContext context = g2d.getFontRenderContext();
       Rectangle2D bounds = f.getStringBounds(center, context);

       System.out.println("X:"+bounds.getX());
       System.out.println("Y:"+bounds.getY());
       System.out.println("height:"+bounds.getHeight());
       System.out.println("center y:"+bounds.getCenterY());
       g2d.setFont(f);
       g2d.drawString(center, (float) (circleRadius - bounds.getCenterX()), (float) (circleRadius - bounds.getCenterY()));

/********************END*********************/

/*****************draw foot*******************/
       fontSize = 50;
       f = new Font("黑体",Font.BOLD,fontSize);
       context = g2d.getFontRenderContext();
       bounds = f.getStringBounds(foot,context);
       g2d.setFont(f);
       g2d.drawString(foot, (float) (circleRadius - bounds.getCenterX()), (float) (circleRadius*1.5 - bounds.getCenterY()));

/***************draw string head**************/
       fontSize = 30;
       f = new Font("宋体",Font.PLAIN,fontSize);
       context = g2d.getFontRenderContext();
       bounds = f.getStringBounds(head,context);

double msgWidth = bounds.getWidth();
int countOfMsg = head.length();
double interval = msgWidth/(countOfMsg-1);//计算间距


double newRadius = circleRadius + bounds.getY()-5;//bounds.getY()是负数，这样可以将弧形文字固定在圆内了。-5目的是离圆环稍远一点
double radianPerInterval = 2 * Math.asin(interval / (2 * newRadius));//每个间距对应的角度

//第一个元素的角度
double firstAngle;
if(countOfMsg % 2 == 1){//奇数
           firstAngle = (countOfMsg-1)*radianPerInterval/2.0 + Math.PI/2+0.08;
       }else{//偶数
           firstAngle = (countOfMsg/2.0-1)*radianPerInterval + radianPerInterval/2.0 +Math.PI/2+0.08;
       }

for(int i = 0;i<countOfMsg;i++){
double aa = firstAngle - i*radianPerInterval;
double ax = newRadius * Math.sin(Math.PI/2 - aa);//小小的trick，将【0，pi】区间变换到[pi/2,-pi/2]区间
double ay = newRadius * Math.cos(aa-Math.PI/2);//同上类似，这样处理就不必再考虑正负的问题了
           AffineTransform transform = AffineTransform .getRotateInstance(Math.PI/2 - aa);// ,x0 + ax, y0 + ay);
           Font f2 = f.deriveFont(transform);
           g2d.setFont(f2);
           g2d.drawString(head.substring(i,i+1), (float) (circleRadius+ax),  (float) (circleRadius - ay));
       }

       g2d.dispose();//销毁资源
return bi;
   }
}

看看上面代码，在firstAngle里面多了个0.08，似乎毫无道理，如果没有0.08，那么我们可以预想从数学上应该是一个完美的印章，但是结果发现并不是非常完美，头部的弧形曲线不是特别对称。

分析一下原因，就可以想明白了

很多计算其实是有误差的，比如arcsin、以及强制将double转成float时都会丧失精确度，另外，本身做浮点运算就有误差。
上面一个很重要的点是计算夹角，而这个夹角的计算并不完全正确，我们这里计算newRadiu是指文字的外轮廓所构成的圆，但是文字之间的长度是通过width/（count-1)计算出来的，这个细细推敲一下，会发现这条线并不在圆上，但是在哪，我们并不清楚。

处于上述原因，我们需要一个校正ε，经过自己测试，我选定了0.08。

main.java

package com.dacas;

/**
 * Created by dave on 2016/3/22.
 */
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import javax.imageio.ImageIO;

public class main
{
public static void main(String[] args)
    {
int canvasWidth = 400;
int canvasHeight = 400;
double lineArc = 80*(Math.PI/180);//角度转弧度
        String savepath = "seal.png";
        SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy'年'MM'月'dd'日'");
        String head = "中国科学院信息工程研究所";
        String foot = "受理专用章";
        String center = format.format(new Date());
        BufferedImage image = GraphicsUtil.getSeal(head, center, foot, canvasWidth, canvasHeight, lineArc);

try
        {
            ImageIO.write(image, "PNG", new File(savepath));
        }
catch (IOException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

得到如下结果：
Java使用Graphics2D生成公章

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Java使用Graphics2D生成公章

Graphics2D

填充

画圆

画线

写字

弧形文字

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