PostScript学习：另一种缩写为PS的技术

1.前言

　　PostScript是一种编程语言，直译为"后处理脚本"[相对印刷过程而言]，学名为页面描述语言。更为详细的解释见维基百科，以及其翻译版百度百科。

　　值得一提的是，PostScript于1985年由Adobe推出，而Adobe的软件Photoshop 1.0版本于1990发布，两者的缩写均为PS。虽然就知名度而言，PhotoShop更为人所熟知，但是在Adobe的发家史中，PostScript扮演着非常重要的作用，时至今日PostScript的衍生技术PDF已经是一项ISO标准。

　　老实说，关于PostScript的基础知识，大家看维基百科的介绍以及附录的四本书就够了，四本书分别是：PostScript语言参考，PostScript语言教程与手册，PostScript程序设计，数学图表：几何与PostScript手册 。本文只是介绍PostScript的简单绘图知识。

　　大多数人开始接触PostScript大概是因为LaTeX，参考如何在论文中画出漂亮的插图？中 地铁风 的回答。LaTeX中常用的矢量图格式是EPS[Encapsulated PostScript]，不过对PDF格式的支持应该是最好的。大多数与LaTeX相关的绘图与渲染都是基于PostScript技术的，如PSTricks、TikZ /PGF、MetaPost以及Asymptote。Texample.net上有大量关于Tikz的例子。Asymptote官网也有大量 asy的例子。

2.简单例子

　　在学习之前，你需要两个软件：GhostScript和SumatraPDF。GhostScript是PostScript的一个开源解释器；SumatraPDF是一个文档阅读器，默认支持PDF，结合GhostScript可以支持PostScript。

　　HelloWorld的例子，保存到文本文件HelloWorld.ps， 用SumatraPDF打开：

 %!PS
 /Courier                     % name the desired font
  selectfont              % choose the size in points and establish
                                  % the font as the current one
   moveto           % position the current point at
                                  % coordinates ,  (the origin is at the
                                  % lower-left corner of the page)
 (Hello world!) show     % stroke the text in parentheses
 showpage                  % print all on the page

　　下面给出C语言生成PostScript图案的一个简单例子：

 #include <math.h>
 #include <stdio.h>
 void init(FILE* fp)
 {
     int w=,h=;
     fputs("%!PS-Adobe-3.0 EPSF-3.0\n",fp);
     fprintf(fp,"%%%%BoundingBox: 0 0 %d %d\n",w,h);
     fputs("/rgb {setrgbcolor} def\n",fp);
     fputs("/np {newpath} def\n",fp);
     fputs("/cp {closepath} def\n",fp);
     fputs("/mt {moveto} def\n",fp);
     fputs("/ll {lineto} def\n",fp);
     fputs("/st {stroke} def\n",fp);
     fputs("/lw {setlinewidth} def\n",fp);
     fputs("/line {np mt ll st} def\n",fp);
 }
 void close(FILE* fp)
 {
     fputs("showpage\n%%EOF",fp);
     fclose(fp);
 }
 void line(FILE* fp,float x[],float y[],int n)
 {
     fprintf(fp,"0 0 1 rgb\nnp\n%.3f %.3f mt\n",x[],y[]);
     for(int i=;i<n;i++){
         fprintf(fp,"%.3f %.3f ll\n",x[i],y[i]);
     }
     fprintf(fp,"st\n");
 }
 #define N 628
 int main()
 {

     FILE* fp=fopen("main.ps","wb");
     init(fp);
     //
     float x[N],y[N],t;
     for(int i=;i<N;i++){
         t=-3.14+i/100.0;
         x[i]=*sin(*t)*cos(t)+;
         y[i]=*sin(*t)*sin(t)+;
     }
     line(fp,x,y,N);
     //
     close(fp);
     return ;
 }

　　如图所示，更多的例子可以看之前提到的四本书，三维绘图请看第四本数学图表：几何与PostScript手册：

　　

　　 另一个简单例子，可以作为一个练习，更多例子见我的GitHub:LearnPostScript。

　　

3.复杂一点的例子

　　这个例子需要一点三维旋转矩阵的知识，代码仅作演示：

 #include <math.h>
 #include <time.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #define Random rand()%255
 #define Length(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0])/3)
 const float PI=3.1415926536;
 typedef float vector3[];
 //三维点数组结构
 typedef struct {
     int length;
     float *x, *y, *z;
 }PointArray ;
 //
 //三维点初始化
 PointArray Array3d(int n)
 {
     PointArray r;
     r.length = n;
     r.x = (float*)malloc(n*sizeof(float));
     r.y = (float*)malloc(n*sizeof(float));
     r.z = (float*)malloc(n*sizeof(float));
     for (int i = ; i < n; i++) {
         r.x[i] = r.y[i] = r.z[i] = 0.0;
     }
     return r;
 }
 //三维点通过数组赋值
 PointArray eval(float *a, int n)
 {
     PointArray r;
     r.length = n;
     r.x = (float*)malloc(n*sizeof(float));
     r.y = (float*)malloc(n*sizeof(float));
     r.z = (float*)malloc(n*sizeof(float));
     for (int i = ; i < n; i++) {
         r.x[i] = a[*i];
         r.y[i] = a[*i + ];
         r.z[i] = a[*i + ];
     }
     return r;
 }
 //输出三维点数组的数据
 void print(PointArray r)
 {
     for (int i = ; i < r.length; i++) {
         printf("%f %f %f\n", r.x[i], r.y[i], r.z[i]);
     }
 }
 //
 void fileprint(FILE* fp,PointArray r)
 {
     for (int i = ; i < r.length; i++) {
         fprintf(fp,"%f %f ", r.x[i], r.y[i], r.z[i]);
     }
     fprintf(fp," quad\n");
 }
 //
 //对三维点进行旋转
 void Rotate(PointArray pa, vector3 vec,float t)
 {
     float x,y,z,a,b,c;
     float base=sqrt(vec[]*vec[]+vec[]*vec[]+vec[]*vec[]);
     a=vec[]/base,b=vec[]/base,c=vec[]/base;
     for (int i = ; i < pa.length; i++) {
         x=pa.x[i],y=pa.y[i],z=pa.z[i];
         //
         pa.x[i]=(cos(t)+(-cos(t))*a*a)*x+
                 ((-cos(t))*a*b-sin(t)*c)*y+
                 ((-cos(t))*a*c+sin(t)*b)*z;
         //
         pa.y[i]=((-cos(t))*b*a+sin(t)*c)*x+
                 (cos(t)+(-cos(t))*b*b)*y+
                 ((-cos(t))*b*c-sin(t)*a)*z;
         //
         pa.z[i]=((-cos(t))*c*a-sin(t)*b)*x+
                 ((-cos(t))*c*b+sin(t)*a)*y+
                 (cos(t)+(-cos(t))*c*c)*z;
     }
 }
 //
 void RotateX(PointArray pa,float t)
 {
     float x,y,z;

     for (int i = ; i < pa.length; i++) {
         x=pa.x[i],y=pa.y[i],z=pa.z[i];

         pa.x[i]=x;
         //
         pa.y[i]=y*cos(t)-z*sin(t);
         //
         pa.z[i]=y*sin(t)+z*cos(t);
     }
 }
 //
 void RotateY(PointArray pa,float t)
 {
     float x,y,z;
     for (int i = ; i < pa.length; i++) {
         x=pa.x[i],y=pa.y[i],z=pa.z[i];
         //
         pa.x[i]=z*sin(t)+x*cos(t);
         pa.y[i]=y;
         pa.z[i]=z*cos(t)-x*sin(t);
     }
 }
 //
 void RotateZ(PointArray pa,float t)
 {
     float x,y,z;
     for (int i = ; i < pa.length; i++) {
         x=pa.x[i],y=pa.y[i],z=pa.z[i];
         pa.x[i]=x*cos(t)-y*sin(t);
         pa.y[i]=x*sin(t)+y*cos(t);
         pa.z[i]=z;
     }
 }
 //透视投影
 void Perspective(PointArray pa,float ez,float n,float f)
 {
     float x,y,z;
     for (int i = ; i < pa.length; i++) {
         x=pa.x[i],y=pa.y[i],z=pa.z[i];
         pa.x[i]=(ez-z)/(n-f)*x;
         pa.y[i]=(ez-z)/(n-f)*y;
         pa.z[i]=z;
     }
 }
 //
 static float yrot=;
 //
 inline float fun(float x,float y)
 {
     //Matlab Peaks Function
     float z=*(-x)*(-x)*exp(-x*x - (y+)*(y+))
             - *(x/ - x*x*x - y*y*y*y*y)*exp(-x*x-y*y)
             - 1.0/*exp(-(x+)*(x+) - y*y);
     return z*;
 }
 //
 void display()
 {
     float a[];
     PointArray ptsa,ptsb;
     float d=0.1,factor=;
     float x,y,z1,z2,z3,z4;
     FILE* fp=fopen("main.ps","wb");
     fprintf(fp,"%%!PS-Adobe-3.0 EPSF-3.0\n%%%%BoundingBox: -250 -250 250 250\n/rgb {setrgbcolor} def\n/np {newpath} def\n/cp {closepath} def\n/mt {moveto} def\n/rmt {rmoveto} def\n/ll {lineto} def\n/rl {rlineto} def\n/st {stroke} def\n/lw {setlinewidth} def\n/line {np mt ll st} def\n/quad {np mt ll ll ll cp st} def\n0 0 1 rgb\n0.2 lw\n");
     for(x=-; x<; x+=d) {
         for(y=-; y<; y+=d) {
             z1=fun(x,y);
             a[]=x*factor,a[]=z1,a[]=y*factor;
             z2=fun(x+d,y);
             a[]=(x+d)*factor,a[]=z2,a[]=y*factor;
             z3=fun(x+d,y+d);
             a[]=(x+d)*factor,a[]=z3,a[]=(y+d)*factor;
             z4=fun(x,y+d);
             a[]=x*factor,a[]=z4,a[]=(y+d)*factor;
             //
             ptsa=eval(a,Length(a));
             RotateY(ptsa,yrot);
             RotateX(ptsa,**PI/);
             //ptsb=RotateZ(ptsb,6);
             fileprint(fp,ptsa);
         }
     }
     fprintf(fp,"\nshowpage\n%%%%EOF\n");
     fclose(fp);
     yrot+=0.1;
 }
 int main()
 {
     display();
 }

　　

4.结束语

　　虽然越来越多的新技术涌现出来，但是它们都不是凭空产生的。PostScript作为一项古老的技术，对于文档的排版和印刷而言，依然是值得学习的。