双缓冲在画板程序中的应用（一）

/文 14E.T.

1.用双缓冲解决画板程序中的刷新问题

我们用Java编制画板程序的时候,总是存在一个刷新的问题:当Canvas所在的窗口最小化或者被其他应用程序遮挡后,再次恢复,Canvas上的图形数据将被部分或者完全擦除掉.

通常解决这个问题的方法是在Canvas的paint()函数中重绘图形,但是由于在绘图的过程中产生了大量的数据,重新在Canvas上绘制这些数据将导致大量的系统开销,还会产生闪烁,故该方法可行但并不可取.

利用双缓冲技术可以很好的解决这个问题,其主要原理是开辟两个图形缓冲区,一个是前台的显示缓冲(也就是Canvas),一个是后台的图形缓冲(通常是Image）.用户在绘制图形时,我们对这两个缓冲区进行同步更新,相当于为前台的数据作了一个后台备份.当前台的图形被遮盖需要恢复的时候,我们就可以用这个后台备份来恢复,具体方法是重写paint()函数,将备份好的图像一次性的画到屏幕上去.

为什么是paint()?这里需要先了解一下有关Java处理AWT绘图的基础知识:Java的显示更新是由一个AWT线程来控制完成的.该线程主要负责两种与显示更新相关的情况.第一种情况称为曝光,表示部分显示区域毁坏或需要清除.这种情况发生时,系统直接调用paint()方法;第二种情况是程序决定重画显示区域,添加一些新的内容,此时需要程序调用成员的repaint()方法,repaint()方法调用成员的update(),update()再调用paint()方法.显然我们所说的就是第一种.只要Canvas组件所在的窗口最小化或者被其他应用程序遮挡住,系统就会调用paint()对画布进行重绘.如果我们在paint()方法中什么都不做,就只能眼睁睁的看着辛辛苦苦画的线条一旦被覆盖就再也看不见了.

作为起点,请先看一个最简单的画板程序,请注意,以下程序使用的是j2sdk1.4.1版本,在Win98的IE下(不是Tencent Explorer)全部测试通过:

//:WBApplet.java

import java.applet.*;

public class WBApplet extends Applet{
 
final static int DEFAULT_BOARDWIDTH=700;
final static int DEFAULT_BOARDHEIGHT=400;

public void init(){
  super.init();
  setLayout(null);
  whiteBoard = new WhiteBoard(this);
  whiteBoard.reshape(0,0,DEFAULT_BOARDWIDTH,DEFAULT_BOARDHEIGHT);
  add(whiteBoard);
}

WhiteBoard whiteBoard;

}

///:~

//:WhiteBoard.java

java.awt.*;
import java.awt.event.*;

public class WhiteBoard extends Canvas implements MouseMotionListener,MouseListener{

  final static int DEFAULT_BOARDWIDTH=700;
  final static int DEFAULT_BOARDHEIGHT=400;
  int x0,y0,x1,y1;

  WhiteBoard(WBApplet WBApplet1){
    parent = WBApplet1;
    addMouseMotionListener(this);
    addMouseListener(this);
  }

  synchronized public void update_buffer(Graphics g,DrawItem data) {
    g.drawLine(data.x0,data.y0,data.x1,data.y1);
  }
  
  public void mouseReleased(MouseEvent e){}
  public void mouseEntered(MouseEvent e){}
  public void mouseExited(MouseEvent e){}
  public void mouseClicked(MouseEvent e){}
  public void mouseMoved(MouseEvent e){}

  public void mouseDragged(MouseEvent e){
    x1=e.getX();
    y1=e.getY();
    Graphics g = getGraphics();
    update_buffer(g,new DrawItem(x0,y0,x1,y1));
    g.dispose();
    x0=x1;
    y0=y1; 
  }

  public void mousePressed(MouseEvent e){
    x0 =e.getX();
    y0 =e.getY(); 
  } 

 

  WBApplet parent;
 
}

class DrawItem{
  DrawItem(int x0,int y0,int x1,int y1){
    this.x0=x0;
    this.y0=y0;
    this.x1=x1;
    this.y1=y1;
 }
  int x0;
  int y0;
  int x1;
  int y1;
}

///:~

我们将白板需完成的所有逻辑操作封装在了一个WhiteBoard类中,以方便主程序的Applet调用.同时,定义了一个绘图的数据类DrawItem,用来封装图形数据.绘图的操作都写在update_buffer中.显然,这个程序无法实现刷新后的恢复,我们需要使用双缓冲技术.

为了实现双缓冲,首先定义图形缓冲区如下

private Image off_screen_buf;
private Graphics off_screen_gc;

并在WhiteBoard类的构造函数中对其进行初始化

off_screen_buf =parent.createImage(DEFAULT_BOARDWIDTH,DEFAULT_BOARDHEIGHT);
off_screen_gc = off_screen_buf.getGraphics();

在处理用户绘制图形的函数中,我们使用update_buffer对显示缓冲和图形缓冲同时进行更新

 Graphics g = getGraphics();
 update_buffer(g,new DrawItem(x0,y0,x1,y1));//前台更新画布
 update_buffer(off_screen_gc,new DrawItem(x0,y0,x1,y1));//后台更新缓冲
 g.dispose();

显然,后台的更新操作是不可视的,所以是off-screen.

最后,重写paint()方法,调用copy_from_offscreen_buf(g)将图形缓冲区的图像画到屏幕上去.

 public void paint(Graphics g){
   copy_from_offscreen_buf(g);
 }

 void copy_from_offscreen_buf(Graphics g){
   if(g != null)
     g.drawImage(off_screen_buf, 0, 0, null);
 }

就是这么简单的几行代码,就可以让我们完全的避免图形不能恢复的问题.下面是WhiteBoard经改进后的完整代码.

//:WhiteBoard.java

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;

public class WhiteBoard extends Canvas implements MouseMotionListener,MouseListener{

  final static int DEFAULT_BOARDWIDTH=700;
  final static int DEFAULT_BOARDHEIGHT=400;
  int x0,y0,x1,y1;

  WhiteBoard(WBApplet WBApplet1){
    parent = WBApplet1;
    off_screen_buf =parent.createImage(DEFAULT_BOARDWIDTH,DEFAULT_BOARDHEIGHT);
    off_screen_gc = off_screen_buf.getGraphics();
    addMouseMotionListener(this);
    addMouseListener(this);
  }

  synchronized public void update_buffer(Graphics g,DrawItem data) {
    g.drawLine(data.x0,data.y0,data.x1,data.y1);
  }
  
  public void mouseMoved(MouseEvent e){}   
  public void mouseReleased(MouseEvent e){}
  public void mouseEntered(MouseEvent e){}
  public void mouseExited(MouseEvent e){}
  public void mouseClicked(MouseEvent e){}
 
  public void mouseDragged(MouseEvent e){
    x1=e.getX();
    y1=e.getY();
    Graphics g = getGraphics();
    update_buffer(g,new DrawItem(x0,y0,x1,y1));
    update_buffer(off_screen_gc,new DrawItem(x0,y0,x1,y1));   
    g.dispose();
    x0=x1;
    y0=y1; 
  }
 
  public void mousePressed(MouseEvent e){
    x0 =e.getX();
    y0 =e.getY(); 
  } 

  public void paint(Graphics g){
    copy_from_offscreen_buf(g);//把这句话屏蔽掉,就不能恢复用户绘制的图形了
  } 

  void copy_from_offscreen_buf(Graphics g){
    if(g != null)
     g.drawImage(off_screen_buf, 0, 0, null);
  }
 

  private Image off_screen_buf;
  private Graphics off_screen_gc;
  WBApplet parent;
 
}

class DrawItem{
  DrawItem(int x0,int y0,int x1,int y1){
    this.x0=x0;
    this.y0=y0;
    this.x1=x1;
    this.y1=y1;
 }
  int x0;
  int y0;
  int x1;
  int y1;
}

///:~

运行一下,看是不是不一样了.这一次你想让你画的东西消失都不可能了.为了将这个原理说清楚,以上的代码我都没有编写的太复杂,下一次我们会创建更加复杂,更加完善的画板程序.

 

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