初步解析Java中AffineTransform类的使用

affinetransform类描述了一种二维仿射变换的功能，它是一种二维坐标到二维坐标之间的线性变换，保持二维图形的“平直性”（译注：straightness，即变换后直线还是直线不会打弯，圆弧还是圆弧）和“平行性”（译注：parallelness，其实是指保二维图形间的相对位置关系不变，平行线还是平行线，相交直线的交角不变。大二学过的复变，“保形变换/保角变换”都还记得吧，数学就是王道啊！）。仿射变换可以通过一系列的原子变换的复合来实现，包括：平移（translation）、缩放（scale）、翻转（flip）、旋转（rotation）和剪切（shear）。

此类变换可以用一个3×3的矩阵来表示，其最后一行为(0, 0, 1)。该变换矩阵将原坐标(x, y)变换为新坐标(x', y')，这里原坐标和新坐标皆视为最末一行为(1)的三维列向量，原列向量左乘变换矩阵得到新的列向量：

[x'] [m00 m01 m02] [x] [m00*x+m01*y+m02] 
[y'] = [m10 m11 m12] [y] = [m10*x+m11*y+m12] 
[1 ] [ 0 0 1 ] [1] [ 1 ] 

几种典型的仿射变换：

public static affinetransform gettranslateinstance(double tx, double ty) 

平移变换，将每一点移动到(x+tx, y+ty)，变换矩阵为：

[ 1 0 tx ] 
[ 0 1 ty ] 
[ 0 0 1 ] 

（译注：平移变换是一种“刚体变换”，rigid-body transformation，中学学过的物理，都知道啥叫“刚体”吧，就是不会产生形变的理想物体，平移当然不会改变二维图形的形状。同理，下面的“旋转变换”也是刚体变换，而“缩放”、“错切”都是会改变图形形状的。）

public static affinetransform getscaleinstance(double sx, double sy) 

缩放变换，将每一点的横坐标放大（缩小）至sx倍，纵坐标放大（缩小）至sy倍，变换矩阵为：

[ sx 0 0 ] 
[ 0 sy 0 ] 
[ 0 0 1 ] 

public static affinetransform getshearinstance(double shx, double shy) 

剪切变换，变换矩阵为：

[ 1 shx 0 ] 
[ shy 1 0 ] 
[ 0 0 1 ] 

相当于一个横向剪切与一个纵向剪切的复合

[ 1 0 0 ][ 1 shx 0 ] 
[ shy 1 0 ][ 0 1 0 ] 
[ 0 0 1 ][ 0 0 1 ] 

（译注：“剪切变换”又称“错切变换”，指的是类似于四边形不稳定性那种性质，街边小商店那种铁拉门都见过吧？想象一下上面铁条构成的菱形拉动的过程，那就是“错切”的过程。）

public static affinetransform getrotateinstance(double theta) 

旋转变换，目标图形围绕原点顺时针旋转theta弧度，变换矩阵为：

[ cos(theta) -sin(theta) 0 ] 

[ sin(theta) cos(theta) 0 ] 
[ 0 0 1 ] 

public static affinetransform getrotateinstance(double theta, double x, double y) 

旋转变换，目标图形以(x, y)为轴心顺时针旋转theta弧度，变换矩阵为：

[ cos(theta) -sin(theta) x-x*cos+y*sin] 
[ sin(theta) cos(theta) y-x*sin-y*cos ] 
[ 0 0 1 ] 

相当于两次平移变换与一次原点旋转变换的复合：

[1 0 -x][cos(theta) -sin(theta) 0][1 0 x] 
[0 1 -y][sin(theta) cos(theta) 0][0 1 y] 
[0 0 1 ][ 0 0 1 ][0 0 1] 

几何中，一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，这么一个过程就称为仿射变换或放射映射。

可以简单地表示为：y = ax + b ，其中有下标的字母表示向量，而粗体的字母a表示一个矩阵。

如果暂时无法理解也没有关系（我也没理解 ^_^#），没关系，我们这里仅使用了它的几个特例：平移和旋转变换。

按照惯例，下面先把整个代码贴出来：

import java.applet.applet;
import java.awt.borderlayout;
import java.awt.checkbox;
import java.awt.checkboxgroup;
import java.awt.color;
import java.awt.graphics;
import java.awt.graphics2d;
import java.awt.panel;
import java.awt.event.itemevent;
import java.awt.event.itemlistener;
import java.awt.geom.affinetransform;
import java.awt.geom.rectangle2d;
import java.util.random;


public class affinetest extends applet implements itemlistener{

 private rectangle2d rect;
 
 private checkbox rotatefirst;
 private checkbox translatefirst;
 
 public void init()
 {
 setlayout(new borderlayout());
 checkboxgroup cbg = new checkboxgroup();
 panel p = new panel();
 rotatefirst = new checkbox("rotate, translate", cbg, true);
 rotatefirst.additemlistener(this);
 p.add(rotatefirst);
 translatefirst = new checkbox("translate, rotate", cbg, false);
 translatefirst.additemlistener(this);
 p.add(translatefirst);
 add(p, borderlayout.south);
 rect = new rectangle2d.float(-0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f);
 }
 
 public void paint(graphics g)
 {
 graphics2d g2d = (graphics2d)g;
 final affinetransform identify = new affinetransform();
 boolean rotate = rotatefirst.getstate();
 random r = new random();
 final double oneradian = math.toradians(1.0);
 for(double radians = 0.0; radians < 2.0*math.pi ; radians += oneradian)
 {
  g2d.settransform(identify);
  if(rotate)
  {
  g2d.translate(100, 100);
  g2d.rotate(radians);
  }
  else
  {
  g2d.rotate(radians);
  g2d.translate(100, 100);
  }
  g2d.scale(100, 100);
  g2d.setcolor(new color(r.nextint()));
  g2d.fill(rect);
 }
 }
 
 @override
 public void itemstatechanged(itemevent arg0) {
 // todo auto-generated method stub
 repaint();
 }

}

import java.applet.applet;
import java.awt.borderlayout;
import java.awt.checkbox;
import java.awt.checkboxgroup;
import java.awt.color;
import java.awt.graphics;
import java.awt.graphics2d;
import java.awt.panel;
import java.awt.event.itemevent;
import java.awt.event.itemlistener;
import java.awt.geom.affinetransform;
import java.awt.geom.rectangle2d;
import java.util.random;


public class affinetest extends applet implements itemlistener{

 private rectangle2d rect;
 
 private checkbox rotatefirst;
 private checkbox translatefirst;
 
 public void init()
 {
 setlayout(new borderlayout());
 checkboxgroup cbg = new checkboxgroup();
 panel p = new panel();
 rotatefirst = new checkbox("rotate, translate", cbg, true);
 rotatefirst.additemlistener(this);
 p.add(rotatefirst);
 translatefirst = new checkbox("translate, rotate", cbg, false);
 translatefirst.additemlistener(this);
 p.add(translatefirst);
 add(p, borderlayout.south);
 rect = new rectangle2d.float(-0.5f, -0.5f, 1.0f, 1.0f);
 }
 
 public void paint(graphics g)
 {
 graphics2d g2d = (graphics2d)g;
 final affinetransform identify = new affinetransform();
 boolean rotate = rotatefirst.getstate();
 random r = new random();
 final double oneradian = math.toradians(1.0);
 for(double radians = 0.0; radians < 2.0*math.pi ; radians += oneradian)
 {
  g2d.settransform(identify);
  if(rotate)
  {
  g2d.translate(100, 100);
  g2d.rotate(radians);
  }
  else
  {
  g2d.rotate(radians);
  g2d.translate(100, 100);
  }
  g2d.scale(100, 100);
  g2d.setcolor(new color(r.nextint()));
  g2d.fill(rect);
 }
 }
 
 @override
 public void itemstatechanged(itemevent arg0) {
 // todo auto-generated method stub
 repaint();
 }

}

对比可知，仿射变换的顺序是不能随便交换的。