本文提出了一种实现图像任意角度旋转的方案并提供了算法实现。然后对算法的应用问题进行了探讨,分析了算法的局限性。最后介绍了在j2me中实现旋转的另外两种参考性方案。
1、J2ME概述
J2ME是标准版java(J2SE)面向手机、PDA等各类移动和嵌入式设备的缩减版本,是一种获得众多厂商的支持和广泛使用的移动设备开发平台。图一展示了J2ME技术的体系结构。它分为三层:虚拟机层,配置层,和简表层。
配置层(Configuration)通过对功能的描述,把千差万别的嵌入式设备进行了功能的说明和分类。它把运算功能有限、内存较小、电力有限的设备,定义在CLDC(有限连接设备配置)规范中,这类设备有PDA 、手机等;把运算能力相对较佳、内存相对较大、电力供应比较充足的设备,定义在CDC(连接设备配置)规范之中,这类设备有电冰箱、机顶盒、车载计算设备等。
虚拟机层(Virtual Machine)基于宿主操作系统,按照某一种配置,实现了Java虚拟机。CDC配置对应的虚拟机叫CVM,CLDC对应的虚拟机叫做KVM。
简表层(Profile)建立在配置层之上,提供了面向用户的更高层次的功能,如用户接口,网络,数据存储等。基础规范(Foundation Profile)和个人规范(Personal Profile)是CDC之上的两个重要的规范,移动信息设备规范(MIDP)和PDA规范(PDAP)是CLDC之上的两个重要的规范。当前,无线应用程序的开发主要是在MIDP之上进行的。
配置层和简表层共同构成了J2ME的运行环境。如CLDC/MIDP架构构筑了手机应用程序的开发和运行环境。本文所实现的图像旋转算法便是基于这种架构的。
图1:J2ME 体系结构
需要注意的是,这些规范也是在不断发展的。如早期很多的设备的计算能力非常有限,CLDC1.0就只支持整型数值。后来数随着设备运算能力的提高,CLDC1.0发展到CLDC1.1,就加如了对浮点运算的支持。对MIDP规范也一样,从1.0发展到2.0,它通过扩充类和接口的功能,加强了对游戏开发的支持,增加了图像处理功能(旋转要用到),增强了对网络功能的支持,如串口、套接字、https等。
2、2D旋转的数据基础
考虑笛卡儿直角坐标系中单个点旋转的情况。如图二示,这里点P(x,y)到原点O绕O点逆时针旋转角度θ后到点P′(x′,y′)。由三角函数的几何意义,有x = r*cos α ,y = r*si n α和x′ = r*cos(α +θ) , y′ = r*sin(α + θ),推出:
x′ = x * cos θ – y * sin θ
y′ = y * cos θ + x * sin θ |
当把旋转点一般化为Q(x0,y0),得到:
x′ = x0 + (x - x0) cos θ - (y - y0) sin θ
y′ = y0 + (y - y0) cos θ + (x - x0) sin θ |
在开发时,我们使用设备坐标系,它以屏幕的左上角为坐标原点,y轴方向向下。此时,我们不妨视θ为饶旋转点顺时针旋转的角度,这样,上面的公式依然成立。
图2:2D点的旋转
3、一般图像的旋转算法
3.1、算法思想
为实现整个图像的旋转,我们首先获取源图像每个点的像素值。然后根据旋转点和角度的大小计算出新图像的大小。再逐点计算源图像中每个点经旋转后在新图像中对应点的坐标,并把相应的像素值赋给它。
在图三中,阴影部分为源图像,O为旋转点,P、Q分别为旋转前后图像左上角的点,cx,cy为O相对于源图像左上角P点的坐标值。
这里我们以O为圆心,以O距图像4个顶点的距离的最大值作为半径dr画圆,这样图像无论以任何角度旋转都不会超出这个圆的范围。于是,我们就以该圆为画布绘制旋转所得新图像。由于实际中图像是用矩形表示的,于是我们生成和圆的外切正方形(图中虚线部分)等大小的新图像。
对源图像中任一点(i,j),根据上面的公式,不难计算出旋转θ度在新图像中的位置,即相对于Q点的位置(destX , destY):
destX = dr + (i - cx) *cos(radian) - (j - cy)*sin(radian); destY = dr + (j - cy) *cos(radian) + (i - cx)*sin(radian);
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计算出这个位置后,把该点的像素值赋值到这个位置,如此对每个点进行这种变换,即可实现整个图像的旋转。
旋转后的图像较大,在实际绘制时需要做位置调整,不难看出,Q点相对于P点的偏移量为(cx-dr , cy-dr)。即假设源图像的屏幕位置为(a , b),则旋转后的图像位置应该为( (a + cx – dr) , (b + cy – dr) )。
图3:旋转算法示意图