Go语言输出正弦函数(Sin)图像
在Go语言中,正弦函数由 math 包提供,函数入口为 math.Sin,正弦函数的参数为 float64,返回值也是 float64。在使用正弦函数时,根据实际精度可以进行转换。
Go语言的标准库支持对图片像素进行访问,并且支持输出各种图片格式,如 JPEG、PNG、GIF 等。
首先给出本节完整的代码:
灰度图是一种常见的图片格式,一般情况下颜色由 8 位组成,灰度范围为 0~255,0 表示黑色,255 表示白色。
初始化好的灰度图默认的灰度值都是 0,对的是黑色,由于显示效果的效果不是很好,所以这里将所有像素设置为 255,也就是白色。
要将正弦函数放在图片上需要考虑以下一些因素:
将这些处理逻辑汇总为代码如下:
1) 第 2 行,生成 0 到 size(300)的 x 坐标轴。
2) 第 5 行,计算 math.Sin 的定义域,这段代码等效为:
float64(x) 表示将整型的 x 变量转换为 float64 类型,之后运算的所有表达式将以 float64 类型进行。
3) 第 8 行中,math.Sin(s)*size/2 表示将正弦函数的返回值幅度从 1 扩大到二分之一的 size。负号表示将正弦函数图形以图形中心上下翻转。叠加 size/2 表示将图形在 y 轴上向下偏移二分之一的 size(图片坐标系的 y 向下)。
4) 第 11 行将计算好的 x 轴和 y 轴数据,以灰度为 0(黑色)使用 SetGray() 方法填充到像素中。
写入图片的正弦函数图像如下图所示:
Go语言的标准库支持对图片像素进行访问,并且支持输出各种图片格式,如 JPEG、PNG、GIF 等。
首先给出本节完整的代码:
package main import ( "image" "image/color" "image/png" "log" "math" "os" ) func main() { // 图片大小 const size = 300 // 根据给定大小创建灰度图 pic := image.NewGray(image.Rect(0, 0, size, size)) // 遍历每个像素 for x := 0; x < size; x++ { for y := 0; y < size; y++ { // 填充为白色 pic.SetGray(x, y, color.Gray{255}) } } // 从0到最大像素生成x坐标 for x := 0; x < size; x++ { // 让sin的值的范围在0~2Pi之间 s := float64(x) * 2 * math.Pi / size // sin的幅度为一半的像素。向下偏移一半像素并翻转 y := size/2 - math.Sin(s)*size/2 // 用黑色绘制sin轨迹 pic.SetGray(x, int(y), color.Gray{0}) } // 创建文件 file, err := os.Create("sin.png") if err != nil { log.Fatal(err) } // 使用png格式将数据写入文件 png.Encode(file, pic) //将image信息写入文件中 // 关闭文件 file.Close() }
设置图片背景色
以下是设置图片背景的代码:// 图片大小 const size = 300 // 根据给定大小创建灰度图 pic := image.NewGray(image.Rect(0, 0, size, size)) // 遍历每个像素 for x := 0; x < size; x++ { for y := 0; y < size; y++ { // 填充为白色 pic.SetGray(x, y, color.Gray{255}) } }代码说明如下:
- 第 2 行,声明一个 size 常量,值为 300。
- 第 5 行,使用 image 包的 NewGray() 函数创建一个图片对象,使用区域由 image.Rect 结构提供,image.Rect 描述一个方形的两个定位点 (x1,y1) 和 (x2,y2),image.Rect(0,0,size,size) 表示使用完整灰度图像素,尺寸为宽 300,长 300。
- 第 8 行和第 9 行,遍历灰度图的所有像素。
- 第 11 行,将每一个像素的灰度设为 255,也就是白色。
灰度图是一种常见的图片格式,一般情况下颜色由 8 位组成,灰度范围为 0~255,0 表示黑色,255 表示白色。
初始化好的灰度图默认的灰度值都是 0,对的是黑色,由于显示效果的效果不是很好,所以这里将所有像素设置为 255,也就是白色。
绘制正弦函数轨迹
正弦函数是一个周期函数,定义域是实数集,取值范围是 [-1, 1]。用编程的通俗易懂的话来说就是:math.Sin 函数的参数支持任意浮点数范围,函数返回值的范围总是在 -1~1 之间(两端包含)。要将正弦函数放在图片上需要考虑以下一些因素:
- math.Sin 的返回值在 -1~1 之间,需要考虑将正弦的输出幅度变大,可以将 math.Sin 的返回值乘以一个常量进行放大。
- 图片的坐标系原点在左上角,而 math.Sin 基于笛卡尔坐标系原点在左下角,需要对图像进行上下翻转和平移。
将这些处理逻辑汇总为代码如下:
// 从0到最大像素生成x坐标 for x := 0; x < size; x++ { // 让sin的值的范围在0~2Pi之间 s := float64(x) * 2 * math.Pi / size // sin的幅度为一半的像素。向下偏移一半像素并翻转 y := size/2 - math.Sin(s)*size/2 // 用黑色绘制sin轨迹 pic.SetGray(x, int(y), color.Gray{0}) }代码说明如下:
1) 第 2 行,生成 0 到 size(300)的 x 坐标轴。
2) 第 5 行,计算 math.Sin 的定义域,这段代码等效为:
rate := x / size s := rate * 2 * math.Pix 的范围是 0 到 size,因此除以 size 后,rate 的范围是 0~1 之间,再乘以 2π 后,s 的范围刚好是 0~2π 之间。
float64(x) 表示将整型的 x 变量转换为 float64 类型,之后运算的所有表达式将以 float64 类型进行。
3) 第 8 行中,math.Sin(s)*size/2 表示将正弦函数的返回值幅度从 1 扩大到二分之一的 size。负号表示将正弦函数图形以图形中心上下翻转。叠加 size/2 表示将图形在 y 轴上向下偏移二分之一的 size(图片坐标系的 y 向下)。
4) 第 11 行将计算好的 x 轴和 y 轴数据,以灰度为 0(黑色)使用 SetGray() 方法填充到像素中。
写入图片的正弦函数图像如下图所示:
写入图片文件
内存中的正弦函数图形是不可见的,我们选用 PNG 格式将图形输出为文件,Go语言提供了文件创建函数和 PNG 格式写入函数,代码如下:// 创建文件 file, err := os.Create("sin.png") if err != nil { log.Fatal(err) } // 使用PNG格式将数据写入文件 png.Encode(file, pic) //将image信息写入文件中 // 关闭文件 file.Close()代码说明如下:
- 第 2 行,创建 sin.png 的文件。
- 第 4 行,如果创建文件失败,返回错误,打印错误并终止。
- 第 8 行,使用 PNG 包,将图形对象写入文件中。
- 第 11 行,关闭文件。
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