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C# - Pfeil zeichnen

Veröffentlicht von am 17.10.2006
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Das Zeichnen eines Pfeiles bringt mit .NET-Bordmitteln keine besonders schönen Ergebnisse. Die Klasse Arrow ermöglicht das Zeichnen eines eleganten Pfeils (über die Draw-Methode). Nebenbei kann über IsPointInside abgefragt werden, ob ein Punkt den Pfeil berührt.
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C# 2017/2015/2013 Grundlagen

Nach Abschluss des Kurses sind Ihnen die Datentypen und Klassenbibliotheken von C# bekannt. Außerdem sind Sie in der Lage, mit Variablen umzugehen und deren Typen zu konvertieren. Sie definieren Namespaces und setzen diese ein, Sie erstellen eigene Klassen  und bauen Trouble Shooting ein.

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Drawing2D;
using System.ComponentModel;

namespace Arrows
{
   /// <summary>
   /// Verwaltet die Daten eines Pfeils, der über die Methode 
   /// <see cref="Paint"/> gezeichnet werden kann.
   /// </summary>
   /// <remarks>
   /// <para>
   /// Über die Eigenschaften <see cref="Points"/> und 
   /// <see cref="Path"/> können Sie die Punkte
   /// und den GraphicsPath abfragen die den Pfeil ausmachen.
   /// </para>
   /// <para>
   /// Die Methode <see cref="IsPointInside"/> überprüft, 
   /// ob der angegebene Punkt innerhalb des Pfeils liegt.
   /// </para>
   /// </remarks>
   public class Arrow
   {
      #region Pfeil-Eigenschaften

      private Point startPoint;
      /// <summary>
      /// Der Startpunkt des Pfeils
      /// </summary>
      public Point StartPoint
      {
         set
         {
            this.startPoint = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.startPoint;
         }
      }

      private Point endPoint;
      /// <summary>
      /// Der Endpunkt des Pfeils (Ende der Pfeilspitze)
      /// </summary>
      public Point EndPoint
      {
         set
         {
            this.endPoint = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.endPoint;
         }
      }

      private int shaftWidth;
      /// <summary>
      /// Die Breite des Pfeilschafts
      /// </summary>
      public int ShaftWidth
      {
         set
         {
            this.shaftWidth = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.shaftWidth;
         }
      }

      private int arrowHeadLength;
      /// <summary>
      /// Gibt die Länge der Pfeilspitze bis zum linken 
      /// bzw. rechten Eckpunkt an
      /// </summary>
      public int ArrowHeadLength
      {
         set
         {
            this.arrowHeadLength = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.arrowHeadLength;
         }
      }

      private int arrowHeadLengthFromShaft;
      /// <summary>
      /// Gibt die Länge der Pfeilspitze auf der Y-Linie an, 
      /// die die Mitte des Pfeilschafts bildet
      /// </summary>
      public int ArrowHeadLengthFromShaft
      {
         set
         {
            this.arrowHeadLengthFromShaft = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.arrowHeadLengthFromShaft;
         }
      }

      private int arrowHeadWidth;
      /// <summary>
      /// Gibt die Breite der Pfeilspitze am Anfang derselben an
      /// </summary>
      public int ArrowHeadWidth
      {
         set
         {
            this.arrowHeadWidth = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.arrowHeadWidth;
         }
      }

      private int arrowHeadMiddleWidth;
      /// <summary>
      /// Gibt die Breite der Pfeilspitze in der Mitte derselben an. 
      /// Ein Wert größer 0 führt dazu, dass die Seitenlinien der 
      /// Pfeilspitze als Kurve gezeichnet werden. 
      /// Bei einem Wert kleiner/gleich 0 werden diese Linien 
      /// als Gerade gezeichnet.
      /// </summary>
      public int ArrowHeadMiddleWidth
      {
         set
         {
            this.arrowHeadMiddleWidth = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.arrowHeadMiddleWidth;
         }
      }

      private float arrowHeadCurveTension = 1;
      /// <summary>
      /// Gibt die Krümmung der Seitenlinien der Pfeilspitze 
      /// mit einem Wert zwischen 0 (keine Krümmung) und 1 
      /// (maximale Krümmung, Default) an (Werte größer 1 
      /// führen zu eigenartigen Ergebnissen). 
      /// Gilt nur, wenn <see cref="ArrowHeadMiddleWidth"/> 
      /// größer 0 ist.
      /// </summary>
      public float ArrowHeadCurveTension
      {
         set
         {
            this.arrowHeadCurveTension = value;

            // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
            this.path = this.CalculateGraphicsPath();
         }
         get
         {
            return this.arrowHeadCurveTension;
         }
      }

      #endregion

      #region Konstruktoren

      /// <summary>
      /// Konstruktor
      /// </summary>
      /// <param name="startPoint">Der Startpunkt des Pfeils</param>
      /// <param name="endPoint">Der Endpunkt des Pfeils (Ende der Pfeilspitze)</param>
      /// <param name="ahsftWidth">Die Breite des Pfeilschafts</param>
      /// <param name="arrowHeadLength">Gibt die Länge der Pfeilspitze 
      /// bis zum linken bzw. rechten Eckpunkt an</param>
      /// <param name="arrowHeadLengthFromShaft">Gibt die Länge der 
      /// Pfeilspitze auf der Y-Linie an, die die Mitte des Pfeilschafts bildet</param>
      /// <param name="arrowHeadWidth">Gibt die Breite der Pfeilspitze 
      /// am Anfang derselben an</param>
      /// <param name="arrowHeadMiddleWidth">Gibt die Breite der Pfeilspitze 
      /// in der Mitte derselben an. Ein Wert größer 0 führt dazu, 
      /// dass die Seitenlinien der Pfeilspitze als Kurve gezeichnet werden. 
      /// Bei einem Wert kleiner/gleich 0 werden diese Linien als Gerade gezeichnet.</param>
      public Arrow(Point startPoint, Point endPoint, int shaftWidth, int arrowHeadLength, 
         int arrowHeadLengthFromShaft, int arrowHeadWidth, int arrowHeadMiddleWidth)
      {
         // Werte übergeben
         this.startPoint = startPoint;
         this.endPoint = endPoint;
         this.shaftWidth = shaftWidth;
         this.arrowHeadLength = arrowHeadLength;
         this.ArrowHeadLengthFromShaft = arrowHeadLengthFromShaft;
         this.arrowHeadWidth = arrowHeadWidth;
         this.arrowHeadMiddleWidth = arrowHeadMiddleWidth;

         // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
         this.path = this.CalculateGraphicsPath();
      }

      /// <summary>
      /// Konstruktor
      /// </summary>
      /// <param name="startPoint">Der Startpunkt des Pfeils</param>
      /// <param name="endPoint">Der Endpunkt des Pfeils (Ende der Pfeilspitze)</param>
      /// <param name="shaftWidth">Die Breite des Pfeilschafts</param>
      /// <param name="arrowHeadLength">Gibt die Länge der Pfeilspitze bis zum 
      /// linken bzw. rechten Eckpunkt an</param>
      /// <param name="arrowHeadLengthFromShaft">Gibt die Länge der Pfeilspitze 
      /// auf der Y-Linie an, die die Mitte des Pfeilschafts bildet</param>
      /// <param name="arrowHeadWidth">Gibt die Breite der Pfeilspitze am 
      /// Anfang derselben an</param>
      /// <param name="arrowHeadMiddleWidth">Gibt die Breite der Pfeilspitze 
      /// in der Mitte derselben an. Ein Wert größer 0 führt dazu, dass die 
      /// Seitenlinien der Pfeilspitze als Kurve gezeichnet werden. Bei einem 
      /// Wert kleiner/gleich 0 werden diese Linien als Gerade gezeichnet.</param>
      /// <param name="arrowHeadCurveTension">Gibt die Krümmung der Seitenlinien 
      /// der Pfeilspitze mit einem Wert zwischen 0 (keine Krümmung) und 1 
      /// (maximale Krümmung, Default) an (Werte größer 1 führen zu 
      /// eigenartigen Ergebnissen). Gilt nur, wenn <see cref="ArrowHeadMiddleWidth"/> 
      /// größer 0 ist</param>
      public Arrow(Point startPoint, Point endPoint, int shaftWidth, 
         int arrowHeadLength, int arrowHeadLengthFromShaft, int arrowHeadWidth, 
         int arrowHeadMiddleWidth, float arrowHeadCurveTension)
      {
         this.startPoint = startPoint;
         this.endPoint = endPoint;
         this.shaftWidth = shaftWidth;
         this.arrowHeadLength = arrowHeadLength;
         this.ArrowHeadLengthFromShaft = arrowHeadLengthFromShaft;
         this.arrowHeadWidth = arrowHeadWidth;
         this.arrowHeadMiddleWidth = arrowHeadMiddleWidth;
         this.arrowHeadCurveTension = arrowHeadCurveTension;

         // Die Pfeilpunkte und den Pfad berechnen
         this.path = this.CalculateGraphicsPath();
      }

      #endregion

      #region Berechnete Eigenschaften

      /// <summary>
      /// Gibt die Länge des Pfeils zurück
      /// </summary>
      public int Length
      {
         get
         {
            // Länge des Pfeils berechnen und zurückgeben
            int x1 = Math.Abs(startPoint.X);
            int y1 = Math.Abs(startPoint.Y);
            int x2 = Math.Abs(endPoint.X);
            int y2 = Math.Abs(endPoint.Y);
            int a = x2 - x1;
            int b = y2 - y1;
            return (int)Math.Sqrt(Math.Pow(a, 2) + Math.Pow(b, 2));
         }
      }

      /// <summary>
      /// Gibt den Mittelpunkt des Pfeils zurück
      /// </summary>
      public PointF CenterPoint
      {
         get
         {
            float xDiff = (this.endPoint.X - this.startPoint.X) / 2F;
            float yDiff = (this.endPoint.Y - this.startPoint.Y) / 2F;
            return new PointF(startPoint.X + xDiff, startPoint.Y + yDiff);
         }
      }

      private Point[] points;
      /// <summary>
      /// Berechnet die Punkte, die den Pfeil ausmachen. Der erste Punkt ist der
      /// Punkt am linken Ende des Pfeilschafts. Gezählt wird im Uhrzeigersinn.
      /// Ist <see cref="ArrowHeadMiddleWidth"/> größer 0 enthält das Array 9 Punkte.
      /// In diesem Fall stellen die Punkte 3 und 5 die Mitte der Kurven der
      /// Pfeilspitze dar. Ansonsten anthält das Array lediglich 7 Punkte.
      /// </summary>
      /// <remarks>
      /// Wird automatisch im Konstruktor und bei jeder Änderung 
      /// einer der Pfeil-bildenden Eigenschaften berechnet.
      /// </remarks>
      public Point[] Points
      {
         get
         {
            return this.points;
         }
      }

      private GraphicsPath path;
      /// <summary>
      /// Gibt den GraphicsPath zurück, der den Pfeil bildet
      /// </summary>
      /// <remarks>
      /// Wird automatisch im Konstruktor und bei jeder Änderung 
      /// einer der Pfeil-bildenden Eigenschaften berechnet.
      /// </remarks>
      public GraphicsPath Path
      {
         get
         {
            return this.path;
         }
      }

      #endregion

      #region Methoden

      /// <summary>
      /// Zeichnet den Pfeil
      /// </summary>
      /// <param name="g">Das Graphics-Objekt, auf dem gezeichnet werden soll</param>
      /// <param name="pen">Der Pen, mit dem der Rand gezeichnet werden soll</param>
      /// <param name="brush">Der Brush für die Füllung</param>
      public void Paint(Graphics g, Pen pen, Brush brush)
      {
         // Den GraphicsPath zeichnen
         g.FillPath(brush, this.path);
         g.DrawPath(pen, this.path);
      }

      /// <summary>
      /// Ermittelt, ob der angegebene Punkt innerhalb des Pfeils liegt
      /// </summary>
      public bool IsPointInside(Point point)
      {
         return this.path.IsVisible(point);
      }

      #endregion

      #region Private Methoden

      /// <summary>
      /// Berechnet die Punkte, die den Pfeil ausmachen
      /// </summary>
      private Point[] CalculateArrowPoints()
      {
         // Länge des Pfeils ermitteln
         int arrowLength = this.Length;

         // Der Pfeil wird virtuell so gezeichnet, dass die Spitze 
         // auf dem Punkt (0,0) liegt und der Anfang auf dem Punkt (0, Pfeillänge): 
         // Virtuellen Start- und Endpunkt berechnen
         int widthOffset = (this.shaftWidth / 2);
         Point virtualEndPoint = new Point(0, 0);
         Point virtualStartPoint = new Point(virtualEndPoint.X, 
            virtualEndPoint.Y + arrowLength);
         Point virtualCenterPoint = new Point(virtualEndPoint.X, 
            virtualEndPoint.Y + (int)(arrowLength / 2F));

         // Den Mittelpunkt des Pfeils ermitteln
         PointF centerPoint = this.CenterPoint;

         // Der Pfeil wird beim Zeichnen so transformiert, dass er korrekt gedreht
         // und verschoben gezeichnet wird:
         // Transformation für die gegebenenfalls notwendige Drehung berechnen und anwenden
         float rotationAngle = this.CalcAngleFromPoint(
            new Point((int)(this.endPoint.X - centerPoint.X),
            (int)(this.endPoint.Y - centerPoint.Y)));
         Matrix matrix = new Matrix();
         matrix.RotateAt(rotationAngle, virtualCenterPoint, MatrixOrder.Append);
         // Verschiebung berechnen und anwenden
         float offsetX = centerPoint.X - virtualCenterPoint.X;
         float offsetY = centerPoint.Y - virtualCenterPoint.Y;
         matrix.Translate(offsetX, offsetY, MatrixOrder.Append);

         // Punkte für den Pfeil zusammenstellen
         Point[] arrowPoints;
         if (this.arrowHeadMiddleWidth > 0)
         {
            arrowPoints = new Point[9];
            // Linkes unteres Ende des Pfeilschafts
            arrowPoints[0] = new Point(widthOffset * -1, virtualStartPoint.Y);
            // Linkes oberes Ende des Pfeilschafts 
            arrowPoints[1] = new Point(arrowPoints[0].X, this.arrowHeadLength);
            // Linke untere Ecke der Pfeilspitze
            arrowPoints[2] = new Point((this.arrowHeadWidth / 2) * -1, 
               this.arrowHeadLengthFromShaft);
            // Mitte der Pfeilspize links (für eine gerümmte Pfeilspitze)
            arrowPoints[3] = new Point(-(this.arrowHeadMiddleWidth / 2), 
               this.arrowHeadLengthFromShaft / 2);
            // Pfeilspitze
            arrowPoints[4] = new Point(0, 0);
            // Mitte der Pfeilspitze rechts (für eine gekrümmte Pfeilspitze)
            arrowPoints[5] = new Point(this.arrowHeadMiddleWidth / 2, 
               this.arrowHeadLengthFromShaft / 2);
            // Rechte untere Ecke der Pfeilspitze
            arrowPoints[6] = new Point(this.arrowHeadWidth / 2, 
               this.arrowHeadLengthFromShaft);
            // Rechtes oberes Ende des Pfeilschafts
            arrowPoints[7] = new Point(arrowPoints[1].X + this.shaftWidth, 
               arrowPoints[1].Y);
            // Rechtes unteres Ende des Pfeilschafts
            arrowPoints[8] = new Point(arrowPoints[0].X + this.shaftWidth, 
               arrowPoints[0].Y);
         }
         else
         {
            arrowPoints = new Point[7];
            // Linkes unteres Ende des Pfeilschafts
            arrowPoints[0] = new Point(widthOffset * -1, virtualStartPoint.Y);
            // Linkes oberes Ende des Pfeilschafts 
            arrowPoints[1] = new Point(arrowPoints[0].X, this.arrowHeadLength);
            // Linke untere Ecke der Pfeilspitze
            arrowPoints[2] = new Point((this.arrowHeadWidth / 2) * -1, 
               this.arrowHeadLengthFromShaft);
            // Pfeilspitze
            arrowPoints[3] = new Point(0, 0);
            // Rechte untere Ecke der Pfeilspitze
            arrowPoints[4] = new Point(this.arrowHeadWidth / 2, 
               this.arrowHeadLengthFromShaft);
            // Rechtes oberes Ende des Pfeilschafts
            arrowPoints[5] = new Point(arrowPoints[1].X + this.shaftWidth, 
               arrowPoints[1].Y);
            // Rechtes unteres Ende des Pfeilschafts
            arrowPoints[6] = new Point(arrowPoints[0].X + this.shaftWidth, 
               arrowPoints[0].Y);
         }

         // Die Punkte transformieren
         matrix.TransformPoints(arrowPoints);

         // und zurückgeben
         return arrowPoints;
      }

      /// <summary>
      /// Berechnet den Pfad, der den Pfeil darstellt
      /// </summary>
      private GraphicsPath CalculateGraphicsPath()
      {
         // Punkte berechnen
         this.points = this.CalculateArrowPoints();

         // GraphicsPath erzeugen
         GraphicsPath path = new GraphicsPath();

         // Pfad zusammenstellen
         if (this.arrowHeadMiddleWidth > 0)
         {
            // Aus den Punkten einen Pfad mit gekrümmter Pfeilspitze bilden
            path.AddLine(this.points[0], this.points[1]);
            path.AddLine(this.points[1], this.points[2]);
            path.AddCurve(new Point[] { this.points[2], this.points[3], 
               this.points[4] }, this.arrowHeadCurveTension);
            path.AddCurve(new Point[] { this.points[4], this.points[5], 
               this.points[6] }, this.arrowHeadCurveTension);
            path.AddLine(this.points[6], this.points[7]);
            path.AddLine(this.points[7], this.points[8]);
         }
         else
         {
            // Aus den Punkten einen Pfad mit gerader Pfeilspitze bilden
            path.AddLines(this.points);
         }

         // Den Pfad schließen
         path.CloseFigure();

         // und zurückgeben
         return path;
      }

      /// <summary>
      /// Berechnet für einen Kreis den Winkel, den der übergebene 
      /// Punkt bezogen auf den Mittelpunkt des Kreises ergibt. 
      /// Der Winkel bezieht sich auf die 12-Uhr-Position des Kreises.
      /// </summary>
      /// <param name="point">Der Punkt, der den X- und den Y-Abstand 
      /// zum Mittelpunkt angibt</param>
      /// <returns>Gibt den berechneten Winkel zurück</returns>
      private float CalcAngleFromPoint(Point point)
      {
         // Je nach Quadrant wird anders gerechnet
         int a, b;
         int angleOffset;
         // a = Ankathete
         // b = Gegenkathete
         // Grundrechnung: Tan(alpha) = b / a
         // => alpha = Atan(b / a)
         if (point.X >= 0 && point.Y < 0)
         {
            // Erster Quadrant
            a = point.X;
            b = point.Y * -1;
            angleOffset = 90;
         }
         else if (point.X >= 0 && point.Y >= 0)
         {
            // Zweiter Quadrant
            a = point.Y;
            b = point.X;
            angleOffset = 180;
         }
         else if (point.X < 0 && point.Y >= 0)
         {
            // Dritter Quadrant
            a = point.X * -1;
            b = point.Y;
            angleOffset = 270;
         }
         else
         {
            // Vierter Quadrant
            b = point.X * -1;
            a = point.Y * -1;
            angleOffset = 360;
         }

         // Winkel im Bogenmaß berechnen
         double radian = Math.Atan((double)b / (double)a);

         // Winkel in Grad umrechnen und zurückgeben
         return angleOffset - (float)(radian * (180 / Math.PI));
      }

      #endregion
   }
}

Abgelegt unter GDI+, Pfeil, zeichnen.

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