Java怎么画有角度的图形或线条？角度计算与绘制方法

在Java中绘制带有角度的图形，主要依赖于Java 2D API提供的图形绘制和变换功能，无论是简单的直线、矩形，还是复杂的自定义图形，掌握角度计算、坐标变换和图形绘制方法，是实现有角度图形的关键，本文将从基础概念出发，逐步介绍核心实现方法、高级应用场景及注意事项,帮助读者系统掌握Java中角度图形的绘制技巧。

基础概念：Java图形绘制与坐标系

Java的图形绘制主要基于java.awt和java.awt.geom包，核心类包括Graphics、Graphics2D、Shape等。Graphics2D是Graphics的扩展，提供了更丰富的绘图功能，如变换、抗锯齿、透明度等，理解坐标系是绘制有角度图形的前提：Java默认使用笛卡尔坐标系，但屏幕坐标系的y轴方向与数学坐标系相反（屏幕向下为正），这会导致角度计算时方向差异,需特别注意。

核心方法：角度计算与图形绘制

角度与弧度的转换

Java中的三角函数（如Math.sin、Math.cos）使用弧度作为参数，因此需要明确角度与弧度的转换关系：

• 弧度 = 角度 × Math.PI / 180
• 角度 = 弧度 × 180 / Math.PI
  30度对应的弧度为Math.toRadians(30)，结果约为0.5236。

绘制有角度的直线

直线是最基础的有角度图形，给定起点坐标(x1, y1)、长度length和角度angle（以水平向右为0度，逆时针为正），可通过三角函数计算终点坐标：

double angleRad = Math.toRadians(angle);  
double x2 = x1 + length * Math.cos(angleRad);  
double y2 = y1 + length * Math.sin(angleRad);  

在Graphics2D中绘制直线，可通过drawLine(x1, y1, x2, y2)实现，绘制一条从(50,50)出发、长度100、30度的直线：

Graphics2D g2d = (Graphics2D) g;  
g2d.drawLine(50, 50, (int)(50 + 100 * Math.cos(Math.toRadians(30))),  
             (int)(50 + 100 * Math.sin(Math.toRadians(30))));  

绘制有角度的矩形与椭圆

矩形和椭圆的旋转需要借助Graphics2D的rotate方法，默认情况下，图形绕原点(0,0)旋转，因此需先通过translate将旋转中心平移到图形中心，再旋转，最后绘制图形（此时图形坐标需相对于旋转中心调整），以矩形为例：

int width = 100, height = 60;  
int centerX = 200, centerY = 150; // 旋转中心  
double angle = 45; // 旋转角度  
g2d.translate(centerX, centerY); // 平移至旋转中心  
g2d.rotate(Math.toRadians(angle)); // 旋转  
g2d.drawRect(-width/2, -height/2, width, height); // 绘制矩形（左上角坐标调整）  
g2d.rotate(-Math.toRadians(angle)); // 恢复旋转  
g2d.translate(-centerX, -centerY); // 恢复平移  

椭圆的旋转与矩形类似，只需将drawRect替换为drawOval即可。

高级应用：动态角度与组合图形

动态角度变化（动画）

实现动态角度变化（如旋转动画）需结合定时器（如javax.swing.Timer）不断重绘组件，以下是一个简单的旋转矩形动画示例：

import javax.swing.*;  
import java.awt.*;  
public class RotatingRectangle extends JPanel {  
    private double angle = 0;  
    public void paintComponent(Graphics g) {  
        super.paintComponent(g);  
        Graphics2D g2d = (Graphics2D) g;  
        int centerX = getWidth() / 2, centerY = getHeight() / 2;  
        int width = 100, height = 60;  
        g2d.translate(centerX, centerY);  
        g2d.rotate(Math.toRadians(angle));  
        g2d.drawRect(-width/2, -height/2, width, height);  
        g2d.rotate(-Math.toRadians(angle));  
        g2d.translate(-centerX, -centerY);  
        angle = (angle + 2) % 360; // 每次增加2度  
    }  
    public static void main(String[] args) {  
        JFrame frame = new JFrame("Rotating Rectangle");  
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);  
        frame.setSize(400, 300);  
        frame.add(new RotatingRectangle());  
        frame.setVisible(true);  
        Timer timer = new Timer(50, e -> frame.repaint()); // 每50ms重绘一次  
        timer.start();  
    }  
}  

组合图形绘制复杂角度图案

通过组合多个有角度的基本图形，可绘制复杂图案（如齿轮、指针等），绘制一个带刻度的时钟：

• 时钟外圆：固定位置，无旋转；
• 时针、分针、秒针：不同长度和角度，角度随时间变化；
• 刻度：60个短线，每个刻度间隔6度（360/60）。

以下为刻度绘制的关键代码片段：

for (int i = 0; i < 60; i++) {  
    double angle = i * 6; // 每个刻度6度  
    double rad = Math.toRadians(angle);  
    int x1 = (int)(centerX + (radius - 10) * Math.cos(rad));  
    int y1 = (int)(centerY + (radius - 10) * Math.sin(rad));  
    int x2 = (int)(centerX + radius * Math.cos(rad));  
    int y2 = (int)(centerY + radius * Math.sin(rad));  
    g2d.drawLine(x1, y1, x2, y2);  
}  

注意事项与优化技巧

坐标系方向与角度调整

屏幕坐标系y轴向下为正，导致逆时针旋转时，实际效果与数学坐标系一致，但若使用“顺时针为正”的角度（如导航中的方位角），需取负值或调整计算逻辑，绘制一条“东偏北30度”的直线（数学中逆时针30度），在屏幕坐标系中可直接使用30度；若为“东偏南30度”（顺时针30度），则需使用-30度或330度。

变换矩阵的顺序

Graphics2D的变换（如translate、rotate、scale）基于矩阵乘法，顺序影响最终结果，一般遵循“先平移，再旋转，最后缩放”的原则，确保变换以预期中心点进行，先旋转后平移，会导致图形围绕原点旋转后再移动,而非围绕目标中心旋转。

性能优化

• 减少对象创建：避免在paintComponent中频繁创建临时对象（如Color、Shape），可提前声明并复用。
• 双缓冲技术：对于复杂动画，启用双缓冲可减少闪烁，在JPanel中重写paintComponent时，默认已启用双缓冲，若使用Canvas等组件，需手动实现：

  Image buffer = createImage(getWidth(), getHeight());  
  Graphics2D g2d = (Graphics2D) buffer.getGraphics();  
  // 绘制图形到buffer  
  g.drawImage(buffer, 0, 0, this);  

Java中绘制有角度的图形，核心在于理解坐标系、掌握角度与弧度转换，灵活运用Graphics2D的变换方法，从基础直线、旋转矩形，到动态动画和组合图形，通过逐步实践可逐步提升复杂场景的绘制能力，注意坐标系方向、变换顺序及性能优化，能帮助开发者更高效地实现预期效果，无论是简单的UI设计还是复杂的图形应用,这些技巧都是不可或缺的基础。