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[解決済み] ユーザーのタッチから真円を描く

2022-04-16 19:24:52

質問

この練習用プロジェクトは、ユーザーが指でタッチすることで画面に絵を描くことができるものです。昔、練習用に作ったとてもシンプルなアプリです。 私の小さないとこは、私のiPadでこのAppを使って、勝手に指でいろいろなものを描きました（子供の絵：円、線など、思いついたもの）。 そして、彼は円を描き始め、私に「良い円にしてください」と言いました。 画面上で指でどんなに安定した絵を描こうとしても、円は円としてあるべき丸みを帯びることはないのです）。

そこで質問なのですが、ユーザーが描いた円を検出し、その円とほぼ同じ大きさの円を生成して、画面上で完全に丸くする方法はないでしょうか？直線でないものを直線にする方法は知っているのですが、円に関してはQuartzや他の方法でどうやればいいのかよくわかりません。

私の推論は、ユーザーが指を離した後に、線の始点と終点が接触または交差していなければ、実際に円を描こうとしたことを正当化することができない、というものです。

どのように解決するのですか？

時には、車輪の再発明に時間を費やすことが本当に役に立つことがあります。すでにお気づきかもしれませんが、多くのフレームワークが存在します。しかし、複雑なものを導入することなく、シンプルでありながら有用なソリューションを実装することは、それほど難しいことではありません。(誤解しないでほしいのですが、重大な目的のためには、成熟し、安定性が証明されているフレームワークを使用する方がよいのです)。

まず、私の結果を紹介し、次にその背後にあるシンプルでわかりやすいアイデアを説明します。

私の実装では、一つ一つの点を解析して複雑な計算をする必要はないことがおわかりいただけると思います。目的は貴重なメタ情報を見つけることです。私は タンジェント を例として挙げます。

選択された形状に典型的な、シンプルでわかりやすいパターンを識別してみましょう。

ですから、そのアイデアに基づいて円を検出する仕組みを実装することは、それほど難しいことではありません。以下の動作デモをご覧ください（すみません、この高速で少し汚い例を提供するための最速の方法として、Javaを使用しています）。 

import java.awt.BasicStroke;
import java.awt.Color;
import java.awt.Dimension;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.HeadlessException;
import java.awt.Point;
import java.awt.RenderingHints;
import java.awt.event.MouseEvent;
import java.awt.event.MouseListener;
import java.awt.event.MouseMotionListener;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.SwingUtilities;

public class CircleGestureDemo extends JFrame implements MouseListener, MouseMotionListener {

    enum Type {
        RIGHT_DOWN,
        LEFT_DOWN,
        LEFT_UP,
        RIGHT_UP,
        UNDEFINED
    }

    private static final Type[] circleShape = {
        Type.RIGHT_DOWN,
        Type.LEFT_DOWN,
        Type.LEFT_UP,
        Type.RIGHT_UP};

    private boolean editing = false;
    private Point[] bounds;
    private Point last = new Point(0, 0);
    private List<Point> points = new ArrayList<>();

    public CircleGestureDemo() throws HeadlessException {
        super("Detect Circle");

        addMouseListener(this);
        addMouseMotionListener(this);
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        setPreferredSize(new Dimension(800, 600));
        pack();
    }

    @Override
    public void paint(Graphics graphics) {
        Dimension d = getSize();
        Graphics2D g = (Graphics2D) graphics;

        super.paint(g);

        RenderingHints qualityHints = new RenderingHints(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
        qualityHints.put(RenderingHints.KEY_RENDERING, RenderingHints.VALUE_RENDER_QUALITY);
        g.setRenderingHints(qualityHints);

        g.setColor(Color.RED);
        if (cD == 0) {
            Point b = null;
            for (Point e : points) {
                if (null != b) {
                    g.drawLine(b.x, b.y, e.x, e.y);
                }
                b = e;
            }
        }else if (cD > 0){
            g.setColor(Color.BLUE);
            g.setStroke(new BasicStroke(3));
            g.drawOval(cX, cY, cD, cD);
        }else{
            g.drawString("Uknown",30,50);
        }
    }


    private Type getType(int dx, int dy) {
        Type result = Type.UNDEFINED;

        if (dx > 0 && dy < 0) {
            result = Type.RIGHT_DOWN;
        } else if (dx < 0 && dy < 0) {
            result = Type.LEFT_DOWN;
        } else if (dx < 0 && dy > 0) {
            result = Type.LEFT_UP;
        } else if (dx > 0 && dy > 0) {
            result = Type.RIGHT_UP;
        }

        return result;
    }

    private boolean isCircle(List<Point> points) {
        boolean result = false;
        Type[] shape = circleShape;
        Type[] detected = new Type[shape.length];
        bounds = new Point[shape.length];

        final int STEP = 5;

        int index = 0;        
        Point current = points.get(0);
        Type type = null;

        for (int i = STEP; i < points.size(); i += STEP) {
            Point next = points.get(i);
            int dx = next.x - current.x;
            int dy = -(next.y - current.y);

            if(dx == 0 || dy == 0) {
                continue;
            }

            Type newType = getType(dx, dy);
            if(type == null || type != newType) {
                if(newType != shape[index]) {
                    break;
                }
                bounds[index] = current;
                detected[index++] = newType;
            }
            type = newType;            
            current = next;

            if (index >= shape.length) {
                result = true;
                break;
            }
        }

        return result;
    }

    @Override
    public void mousePressed(MouseEvent e) {
        cD = 0;
        points.clear();
        editing = true;
    }

    private int cX;
    private int cY;
    private int cD;

    @Override
    public void mouseReleased(MouseEvent e) {
        editing = false;
        if(points.size() > 0) {
            if(isCircle(points)) {
                cX = bounds[0].x + Math.abs((bounds[2].x - bounds[0].x)/2);
                cY = bounds[0].y;
                cD = bounds[2].y - bounds[0].y;
                cX = cX - cD/2;

                System.out.println("circle");
            }else{
                cD = -1;
                System.out.println("unknown");
            }
            repaint();
        }
    }

    @Override
    public void mouseDragged(MouseEvent e) {
        Point newPoint = e.getPoint();
        if (editing && !last.equals(newPoint)) {
            points.add(newPoint);
            last = newPoint;
            repaint();
        }
    }

    @Override
    public void mouseMoved(MouseEvent e) {
    }

    @Override
    public void mouseEntered(MouseEvent e) {
    }

    @Override
    public void mouseExited(MouseEvent e) {
    }

    @Override
    public void mouseClicked(MouseEvent e) {
    }

    public static void main(String[] args) {
        SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                CircleGestureDemo t = new CircleGestureDemo();
                t.setVisible(true);
            }
        });
    }
}

iOSでも、いくつかのイベントと座標が必要なだけなので、同様の動作を実装することは問題ないでしょう。以下のような感じです（参考 例 ): 

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    UITouch* touch = [[event allTouches] anyObject];
}

- (void)handleTouch:(UIEvent *)event {
    UITouch* touch = [[event allTouches] anyObject];
    CGPoint location = [touch locationInView:self];

}

- (void)touchesMoved:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [self handleTouch: event];
}

- (void)touchesEnded:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [self handleTouch: event];    
}

いくつかの機能拡張が可能です。

任意の位置からスタート

現在の要件は、次のような簡略化により、上部の中央の点から円を描き始めることです。 

        if(type == null || type != newType) {
            if(newType != shape[index]) {
                break;
            }
            bounds[index] = current;
            detected[index++] = newType;
        }

のデフォルト値に注目してください。 index が使用されます。シェイプの利用可能な部分（quot;parts"）を単純に検索すれば、その制限は解除されます。完全な形状を検出するためには、円形バッファを使用する必要があることに注意してください。

時計回り、反時計回り

両方のモードをサポートするためには、前回の機能拡張で使用したサーキュラーバッファーを使用して、両方向に検索する必要があります。

楕円を描く

必要なものはすでに bounds の配列になります。

そのデータを使うだけでいい。 

cWidth = bounds[2].y - bounds[0].y;
cHeight = bounds[3].y - bounds[1].y;

その他のジェスチャー（オプション）

最後に、次のような場合に適切に対処すればよいのです。 dx (または dy を0に設定することで、他のジェスチャーをサポートすることができます。

更新情報

この小さなPoCはかなり注目を集めたので、スムーズに動作するようにコードを少し更新し、描画のヒントを提供し、サポートポイントを強調するなどの工夫をしました。

以下はそのコードです。 

import java.awt.BasicStroke;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.Dimension;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.HeadlessException;
import java.awt.Point;
import java.awt.RenderingHints;
import java.awt.event.MouseEvent;
import java.awt.event.MouseListener;
import java.awt.event.MouseMotionListener;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.SwingUtilities;

public class CircleGestureDemo extends JFrame {

    enum Type {

        RIGHT_DOWN,
        LEFT_DOWN,
        LEFT_UP,
        RIGHT_UP,
        UNDEFINED
    }

    private static final Type[] circleShape = {
        Type.RIGHT_DOWN,
        Type.LEFT_DOWN,
        Type.LEFT_UP,
        Type.RIGHT_UP};

    public CircleGestureDemo() throws HeadlessException {
        super("Circle gesture");
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        setLayout(new BorderLayout());
        add(BorderLayout.CENTER, new GesturePanel());
        setPreferredSize(new Dimension(800, 600));
        pack();
    }

    public static class GesturePanel extends JPanel implements MouseListener, MouseMotionListener {

        private boolean editing = false;
        private Point[] bounds;
        private Point last = new Point(0, 0);
        private final List<Point> points = new ArrayList<>();

        public GesturePanel() {
            super(true);
            addMouseListener(this);
            addMouseMotionListener(this);
        }

        @Override
        public void paint(Graphics graphics) {
            super.paint(graphics);

            Dimension d = getSize();
            Graphics2D g = (Graphics2D) graphics;

            RenderingHints qualityHints = new RenderingHints(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING,
                    RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
            qualityHints.put(RenderingHints.KEY_RENDERING, RenderingHints.VALUE_RENDER_QUALITY);

            g.setRenderingHints(qualityHints);

            if (!points.isEmpty() && cD == 0) {
                isCircle(points, g);
                g.setColor(HINT_COLOR);
                if (bounds[2] != null) {
                    int r = (bounds[2].y - bounds[0].y) / 2;
                    g.setStroke(new BasicStroke(r / 3 + 1));
                    g.drawOval(bounds[0].x - r, bounds[0].y, 2 * r, 2 * r);
                } else if (bounds[1] != null) {
                    int r = bounds[1].x - bounds[0].x;
                    g.setStroke(new BasicStroke(r / 3 + 1));
                    g.drawOval(bounds[0].x - r, bounds[0].y, 2 * r, 2 * r);
                }
            }

            g.setStroke(new BasicStroke(2));
            g.setColor(Color.RED);

            if (cD == 0) {
                Point b = null;
                for (Point e : points) {
                    if (null != b) {
                        g.drawLine(b.x, b.y, e.x, e.y);
                    }
                    b = e;
                }

            } else if (cD > 0) {
                g.setColor(Color.BLUE);
                g.setStroke(new BasicStroke(3));
                g.drawOval(cX, cY, cD, cD);
            } else {
                g.drawString("Uknown", 30, 50);
            }
        }

        private Type getType(int dx, int dy) {
            Type result = Type.UNDEFINED;

            if (dx > 0 && dy < 0) {
                result = Type.RIGHT_DOWN;
            } else if (dx < 0 && dy < 0) {
                result = Type.LEFT_DOWN;
            } else if (dx < 0 && dy > 0) {
                result = Type.LEFT_UP;
            } else if (dx > 0 && dy > 0) {
                result = Type.RIGHT_UP;
            }

            return result;
        }

        private boolean isCircle(List<Point> points, Graphics2D g) {
            boolean result = false;
            Type[] shape = circleShape;
            bounds = new Point[shape.length];

            final int STEP = 5;
            int index = 0;
            int initial = 0;
            Point current = points.get(0);
            Type type = null;

            for (int i = STEP; i < points.size(); i += STEP) {
                final Point next = points.get(i);
                final int dx = next.x - current.x;
                final int dy = -(next.y - current.y);

                if (dx == 0 || dy == 0) {
                    continue;
                }

                final int marker = 8;
                if (null != g) {
                    g.setColor(Color.BLACK);
                    g.setStroke(new BasicStroke(2));
                    g.drawOval(current.x - marker/2, 
                               current.y - marker/2, 
                               marker, marker);
                }

                Type newType = getType(dx, dy);
                if (type == null || type != newType) {
                    if (newType != shape[index]) {
                        break;
                    }
                    bounds[index++] = current;
                }

                type = newType;
                current = next;
                initial = i;

                if (index >= shape.length) {
                    result = true;
                    break;
                }
            }
            return result;
        }

        @Override
        public void mousePressed(MouseEvent e) {
            cD = 0;
            points.clear();
            editing = true;
        }

        private int cX;
        private int cY;
        private int cD;

        @Override
        public void mouseReleased(MouseEvent e) {
            editing = false;
            if (points.size() > 0) {
                if (isCircle(points, null)) {
                    int r = Math.abs((bounds[2].y - bounds[0].y) / 2);
                    cX = bounds[0].x - r;
                    cY = bounds[0].y;
                    cD = 2 * r;
                } else {
                    cD = -1;
                }
                repaint();
            }
        }

        @Override
        public void mouseDragged(MouseEvent e) {
            Point newPoint = e.getPoint();
            if (editing && !last.equals(newPoint)) {
                points.add(newPoint);
                last = newPoint;
                repaint();
            }
        }

        @Override
        public void mouseMoved(MouseEvent e) {
        }

        @Override
        public void mouseEntered(MouseEvent e) {
        }

        @Override
        public void mouseExited(MouseEvent e) {
        }

        @Override
        public void mouseClicked(MouseEvent e) {
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                CircleGestureDemo t = new CircleGestureDemo();
                t.setVisible(true);
            }
        });
    }

    final static Color HINT_COLOR = new Color(0x55888888, true);
}

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