Программирование графики Pascal ABC. Разработка полигональной модели объекта

Визуальное программирование - способ создания программы для ЭВМ путём манипулирования графическими объектами вместо написания её текста. Визуальное программирование часто представляют как следующий этап развития текстовых языков программирования. Наглядным примером может служить утилита Визуальный Pascal или Microsoft Visual Studio , где редактируются графические объекты и одновременно отображается соответствующий текст программы. В последнее время визуальному программированию стали уделять больше внимания - в связи с развитием мобильных сенсорных устройств (КПК, планшеты). Визуальное программирование в основном используется для создания программ с графическим интерфейсом для операционных систем с графическим интерфейсом пользователя. Среда визуального программирования позволяет написать Веб-приложение для браузеров. Среда визуального программирования позволяет создать консольное приложение (программа без графического интерфейса и без вывода сообщений в консоль) для программирования микроконтроллеров, программируемых микросхем.

Необходимо различать:

• графический язык программирования - который прежде всего язык программирования (со своим синтаксисом)
• визуальные средства разработки - как правило, под ними подразумевают средства проектирования интерфейсов или какую либо CASE -систему для быстрой разработки приложений или SCADA -систему.

Языки визуального программирования могут быть дополнительно классифицированы в зависимости от типа и степени визуального выражения, на следующие типы:

• языки на основе объектов, когда визуальная среда программирования предоставляет графические или символьные элементы, которыми можно манипулировать интерактивным образом в соответствии с некоторыми правилами;
• языки, в интегрированной среде разработки которых на этапе проектирования интерфейса применяются формы, с возможностью настройки их свойств. Примеры: Delphi и C++ Builder фирмы Borland , С# , MS Access , C++ посредством использования wxSmith в составе свободной кроссплатформенной среды разработки Code::Blocks .
• языки схем, основанные на идее «фигур и линий», где фигуры (прямоугольники, овалы и т. п.) рассматриваются как субъекты и соединяются линиями (стрелками, дугами и др.), которые представляют собой отношения. Пример: UML .

Графические, или визуальные, языки программирования [ | ]

• App Inventor - Cреда визуальной разработки android-приложений, требующая от пользователя минимальных знаний программирования.
• Sketchware - Среда визуальной разработки приложений для Android.
• Дракон-схемы - графический язык программирования, используется для программирования в ракетно-космической технике («Буран », «Морской старт », «Тополь »). Существует бесплатный Дракон-редактор. Этот язык имеет наиболее строгое теоретическое обоснование.
• Язык последовательных функциональных схем SFC (Sequential Function Chart) - графический язык программирования широко используется для программирования промышленных логических контроллеров PLC .
• HiAsm - это язык и среда разработки приложений, которая позволяет создавать приложения, управляя их моделью с помощью интуитивно понятного графического интерфейса HiAsm .
• В SFC программа описывается в виде схематической последовательности шагов, объединённых переходами.
• - язык релейно-контактных схем.
• FBD - язык Функциональных блоковых диаграмм.
• Язык CFC (Continuous Flow Chart) - ещё один высокоуровневый язык графического программирования. CFC - это дальнейшее развития языка FBD. CFC был специально создан для проектирования систем управления непрерывными технологическими процессами.
• Язык «G» системы LabVIEW - один из самых распространенных языков разработки программ, работающих с некомпьютерным оборудованием.
• VisSim - это визуальный язык программирования предназначенный для моделирования динамических систем , а также проектирования, базирующегося на моделях, для встроенных микропроцессоров .
• Скретч - это визуальная объектно-ориентированная среда и язык программирования для обучения школьников младших и средних классов.
• Блокли - это библиотека для создания среды визуального программирования, которая может быть встроена в произвольное веб-приложение.
• Кибор - Интегрированная среда создания бот программ автоматизации. Обладает визуальным инструментом для построения программ с помощью блок схем. Для визуального программирования требуется минимум навыков программирования.
• Verge3D Puzzles - основанный на Блокли фреймворк для программирования интерактивных 3D-приложений, работающих в браузере.

Структура RAM DAC

Информация в видеобуфере хранится в байтах. Каждый байт может определять цвет одного или несколько пикселов.

Для видеобуфера , где хранятся атрибуты изображения, применяются специальные микросхемы, которые имеют 2 входных канала:

1. Для регенерации изображения (адаптер только считывает информацию);

2. Для записи изображения.

Оба канала действуют параллельно и независимо.

Функции видеоконтроллера : (формирование сигналов горизонтальной и вертикальной синхронизации, счетчик адресов видеобуфера, формирует форму и позицию курсора).

Некоторые универсальные языки программирования могут иметь стандартную поддержку графики. Например, язык Pascal имеет возможность создавать несложные графические приложения. Для программирования графики на языке Pascal существует модуль Graph, при помощи процедур которого можно рисовать изображения.

var GraphDriver,GraphMode: integer;

InitGraph(GraphDriver,GraphMode, ‘’);

<процедуры и функции для рисования>

Это было удобно при MS DOS, где основным режимом был текстовый. С появлением Windows основным режимом стал графический.

При программировании графических приложения под Windows, используя обработчик события WM_PAINT или OnPaint (последнее - если используется какой-нибудь объектный каркас для Windows-приложения), нельзя рисовать долго, поскольку программа на время его работы блокируется. А если рисовать в других обработчиках, то нарисованное стирается при следующей перерисовке окна.

С появлением языка Pascal ABC, в котором графическая библиотека подключается крайне просто, многие проблемы были решены. В этом языке графическое приложение похоже на обычную программу, в которой подключается графический модуль GraphABC и в блоке операторов после begin end можно писать графические команды.

<процедуры и функции для рисования>

По умолчанию графический экран PasсalABC содержит 640 точек по горизонтали и 400 точек по вертикали. Начало отсчета – левый верхний угол. При запуске такой программы возникает специальное графическое окно, и все рисование происходит именно на нем. Изображение на нем не пропадает при перерисовке, программа не окажется заблокированной на время рисования и можно рисовать сколь угодно долго и не сложно осуществлять анимацию.

Например, программа для рисования узора:

var x,y:integer;

for x:=0 to WindowWidth-1 do

for y:=0 to WindowHeight-1 do

SetPixel(x,y,RGB(2*x-y,x-3*y,x+y));

Например, программа цифровых часов:

uses GraphABC,Utils;

Var x0,y0:integer;

s1,s2,s3:string;

SetWindowCaption("My program");

SetWindowSize(500,100);

SetFontName("Arial");

SetFontStyle(fsBoldItalic);

SetFontSize(70);

x0:= (WindowWidth - TextWidth("00: 00: 00 ")) div 2;

y0:= (WindowHeight - TextHeight("00: 00: 00 ")) div 2;

t:= CurrentDateTime;

//s:= string.Format("{0:d2}:{1:d2}:{2:d2}",t.Hour,t.Minute,t.Second);

str(t.Hour:2,s1);

str(t.Minute:2,s2);

str(t.Second:2,s3);

TextOut(x0,y0,s1+" : "+s2+" : "+s3+" ");

Возможности модуля растровой графики GraphABC практически совпадают с графическими возможностями Borland Delphi. Процедуры и функции рисования и установки параметров рисования аналогичны методам и свойствам класса TCanvas в Delphi. Например, вместо свойства Canvas.Brush.Color используется пара: процедура SetBrushColor(color) и функция BrushColor.

Модуль GraphABC представляет собой простую графическую библиотеку и предназначен для создания несобытийных графических и анимационных программ в процедурном и частично в объектном стиле. Рисование осуществляется в специальном графическом окне, возможность рисования в нескольких окнах отсутствует. Кроме этого, в модуле GraphABC определены простейшие события мыши и клавиатуры, позволяющие создавать элементарные событийные приложения. Основная сфера использования модуля GraphABC - обучение.

Модуль GraphABC основан на графической библиотеке GDI+, но запоминает текущие перо, кисть и шрифт, что позволяет не передавать их в качестве параметров при вызове графических примитивов. К свойствам пера, кисти и шрифта можно получать доступ как в процедурном, так и в объектном стиле. Например, для доступа к цвету текущего пера используется процедура SetPenColor(c) и функция PenColor, а также свойство Pen.Color.

В модуле GraphABC можно управлять самим графическим окном и компонентом GraphABCControl, на котором осуществляется рисование. По умолчанию компонент GraphABCControl занимает всю клиентскую часть графического окна, однако, на графическое окно можно добавить элементы управления, уменьшив область, занимаемую графическим компонентом (например, так сделано в модулях Robot и Drawman).

Для работы с рисунками используется класс Picture, позволяющий рисовать на себе те же графические примитивы, что и на экране.

Режим блокировки рисования на экране (LockDrawing) позволяет осуществлять прорисовку лишь во внеэкранном буфере, после чего с помощью метода Redraw восстанавливать все графическое окно. Данный метод используется для ускорения анимации и создания анимации без мерцания.

Модуль GraphABC содержит константы, типы, процедуры, функции и классы для рисования в графическом окне. Они подразделяются на следующие группы:

1. Графические примитивы.

2. Действия с цветом.

3. Действия с пером.

4. Действия с кистью.

5. Действия со шрифтом.

6. Действия с рисунками.

7. Действия с графическим окном.

8. Задание режимов вывода

Наиболее используемые графические процедуры и функции.

1. Управление экраном.

SetWindowWidth(w). Устанавливает ширину графическогоокна;

SetWindowHeight(h) -Устанавливает высоту графическогоокна;

2. Графические примитивы.

Точка SetPixel(x,y,color). Закрашиваетодин пиксел с координатами (x,y) цветом color. Например, SetPixel(300,200,clred).

Линии Line(x1,y1,x2,y2). Рисует отрезок с началом в точке (x1,y1) и концом в точке (x2,y2). Например, line(100,50,500,250).

Процедура MoveTo(x,y). Передвигает невидимое перо к точке с координатами (x,y). Эта процедура обычно работает в паре с процедурой LineTo(x,y).

Процедура LineTo(x,y). Рисует отрезок от текущего положения пера до точки (x,y). Координаты пера при этом также становятся равными (x,y).

Прямоугольник Rectangle(x1,y1,x2,y2). Рисует прямоугольник, заданный координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2). Например, Rectangle(50,50,200,200).

Процедура Polygon(А, n) строит ломаную линию по n точкам, координаты которых заданы в массиве А элементов типа Point.

Процедура Polyline(А, n) строит замкнутую ломаную линию по n точкам, координаты которых заданы в массиве А элементов типа Point.

Окружность Circle(x,y,r). Рисует окружность с центром в точке (x,y) и радиусом r. Например, Circle(500,200,100).

Дуга окружности Arc(x,y,r,a1,a2). Рисует дугу окружности с центром в точке (x,y) и радиусом r, заключенной между двумя лучами, образующими углы a1 и a2 с осью OX (a1 и a2 – вещественные, задаются в градусах и отсчитываются против часовой стрелки). Например, Arc(300,250,150,45,135);

3. Некоторые используемые цвета

Random(16777215) – случайный цвет из всей палитры цветов Паскаля

Функция RGB(r,g,b) возвращает целое значение, являющееся кодом цвета, который содержит r красную, g зеленую и b синюю составляющие (r, g и b – целые в диапазоне от 0 до 255, причем, 0 соответствует минимальной интенсивности, 255 – максимальной). Например, RGB(Random(255),Random(255),Random(255)), где функция Random(х) возвращает случайное целое в диапазоне от 0 до x-1.

Процедура цвет линии SetPenColor(color) устанавливает цвет пера, задаваемый параметром color. Например, setpencolor(clred).

Процедура заливка цветом FloodFill(x,y,color) заливает область одного цвета цветом color, начиная с точки (x,y). Например, Rectangle(50,50,200,200); FloodFill(100,100,clBlue)

4. Шрифты.

Процедура procedure SetFontName(name: string) устанавливает наименование шрифта.

Процедура procedure SetFontStyle(style: integer); - устанавливает стиль шрифта.

Процедура procedure SetFontSize(sizesz: integer); - устанавливает размер шрифта в пунктах.

Процедура procedure SetFontColor(color: integer); - устанавливает цвет шрифта.

Процедура procedure TextOut(x, y, s) выводит строку s в позицию (x,y). Точка (x,y) задает верхний левый угол прямоугольника, который будет содержать текст из строки s).

Например,

SetFontName("Arial");

SetFontStyle(fsBoldItalic);

SetFontSize(40);

SetFontColor(RGB(Random(255),Random(255),Random(255)));

Расширенный перечень графических процедур и функций.

Графические примитивы.

procedure SetPixel(x,y,color: integer); - закрашивает один пиксел с координатами (x,y) цветом color.

function GetPixel(x,y): integer; -возвращает текущее значение цвета для пиксела с координатами (x,y).

procedure MoveTo(x,y: integer); - передвигает невидимое перо к точке с координатами (x,y); эта функция работает в паре с функцией LineTo(x,y).

procedure LineTo(x,y: integer); - рисует отрезок от текущего положения пера до точки (x,y); координаты пера при этом также становятся равными (x,y).

procedure Line(x1,y1,x2,y2: integer); - рисует отрезок с началом в точке (x1,y1) и концом в точке (x2,y2).

procedure Circle(x,y,r: integer); - рисует окружность с центром в точке (x,y) и радиусом r.

procedure Ellipse(x1,y1,x2,y2: integer); - рисует эллипс, заданный своим описанным прямоугольником с координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2).

procedure Rectangle(x1,y1,x2,y2: integer); - рисует прямоугольник, заданный координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2).

procedure RoundRect(x1,y1,x2,y2,w,h: integer); - рисует прямоугольник со скругленными краями; (x1,y1) и (x2,y2) задают пару противоположных вершин, а w и h – ширину и высоту эллипса, используемого для скругления краев.

procedure Arc(x,y,r,a1,a2: integer); - рисует дугу окружности с центром в точке (x,y) и радиусом r, заключенной между двумя лучами, образующими углы a1 и a2 с осью OX (a1 и a2 – вещественные, задаются в градусах и отсчитываются против часовой стрелки).

procedure Pie(x,y,r,a1,a2: integer); - рисует сектор окружности, ограниченный дугой (параметры процедуры имеют тот же смысл, что и в процедуре Arc).

procedure Chord(x,y,r,a1,a2: integer); - рисует фигуру, ограниченную дугой окружности и отрезком, соединяющим ее концы (параметры процедуры имеют тот же смысл, что и в процедуре Arc).

procedure TextOut(x,y: integer; s: string); - выводит строку s в позицию (x,y) (точка (x,y) задает верхний левый угол прямоугольника, который будет содержать текст из строки s).

procedure FloodFill(x,y,color: integer); - заливает область одного цвета цветом color, начиная с точки (x,y).

procedure FillRect(x1,y1,x2,y2: integer); - заливает прямоугольник, заданный координатами противоположных вершин (x1,y1) и (x2,y2), цветом текущей кисти.

procedure Polygon(var a; n: integer); строит ломаную по n точкам, координаты которых заданы в массиве a элементов типа Point.

procedure Polyline(var a; n: integer); -строит замкнутую ломаную по n точкам, координаты которых заданы в массиве a элементов типа Point.

Цветовые константы и функции для работы с цветом

Модуль GraphABC содержит константы и функции для работы с цветами. Тип ColorType, описывающий цвет, определен следующим образом:

type ColorType=integer; - стандартные цвета задаются символическими константами:

Для работы с цветами используются следующие функции.

function RGB(r,g,b: integer): ColorType; - возвращает целое значение, являющееся кодом цвета, который содержит красную, зеленую и синюю составляющие с интенсивностями r, g и b соответственно (r, g и b – целые в диапазоне от 0 до 255, причем, 0 соответствует минимальной интенсивности, 255 – максимальной).

function GetRed(color: ColorType): integer; - выделяет красную составляющую из цвета color (целое в диапазоне от 0 до 255);

function GetGreen(color: ColorType): integer; - выделяет зеленую составляющую из цвета color (целое в диапазоне от 0 до 255);

function GetBlue(color: ColorType): integer; - выделяет синюю составляющую из цвета color (целое в диапазоне от 0 до 255).

Действия с пером

function PenX: integer;

function PenY: integer; - возвращают текущие координаты пера.

procedure SetPenColor(color: integer); - устанавливает цвет пера, задаваемый параметром color.

function PenColor: integer; - возвращает текущий цвет пера.

procedure SetPenWidth(w: integer); - устанавливает ширину пера, равную w пикселам.

function PenWidth: integer; - возвращает текущую ширину пера.

procedure SetPenStyle(ps: integer); - устанавливает стиль пера, задаваемый параметром ps.

function PenStyle: integer; - возвращает текущий стиль пера.

Стили пера задаются следующими именованными константами:

psSolid Сплошная линия (установлено по умолчанию)

psDash Штриховая линия

psDot Пунктирная линия

psDashDot Штрихпунктирная линия

psDashDotDot Линия, чередующая штрих и два пунктира

psClear Отсутствие линии

procedure SetPenMode(m: integer); - устанавливает режим пера, задаваемый параметром m.

function PenMode: integer; - возвращает текущий режим пера. Режим пера определяет, как цвет пера взаимодействует с цветом поверхности.

Режимы пера задаются следующими именованными константами:

pmCopy – обычный режим; при рисовании цвет поверхности заменяется цветом пера;

pmNot – режим инвертирования; при рисовании цвет поверхности инвертируется (становится негативным), а цвет пера при этом игнорируется.

Действия с кистью

procedure SetBrushColor(color: integer); - устанавливает цвет кисти, задаваемый параметром color.

function BrushColor: integer; - возвращает текущий цвет кисти.

procedure SetBrushPicture(fname: string); - устанавливает в качестве образца для закраски кистью образец, хранящийся в файле fname, при этом текущий цвет кисти при закраске игнорируется.

procedure ClearBrushPicture; - очищает рисунок-образец, выбранный для кисти.

procedure SetBrushStyle(bs: integer); - устанавливает стиль кисти, задаваемый параметром bs.

function BrushStyle: integer; - возвращает текущий стиль кисти.

Стили кисти задаются следующими именованными константами:

Действия со шрифтом

procedure SetFontColor(color: integer); - устанавливает цвет шрифта.

function FontColor: integer; - возвращает текущий цвет шрифта.

procedure SetFontSize(sz: integer); - устанавливает размер шрифта в пунктах.

function FontSize: integer; - возвращает текущий размер шрифта в пунктах.

procedure SetFontName(name: string); - устанавливает наименование шрифта.

function FontName: string; - возвращает текущее наименование шрифта.

По умолчанию установлен шрифт, имеющий наименование MS Sans Serif. Наиболее распространенные шрифты – это Times, Arial и Courier New. Наименование шрифта можно набирать без учета регистра.

procedure SetFontStyle(fs: integer); - устанавливает стиль шрифта.

function FontStyle: integer; - возвращает текущий стиль шрифта.

Стили шрифта задаются следующими именованными константами:

fsNormal – обычный;

fsBold – жирный;

fsItalic – наклонный;

fsBoldItalic – жирный наклонный;

fsUnderline – подчеркнутый;

fsBoldUnderline – жирный подчеркнутый;

fsItalicUnderline – наклонный подчеркнутый;

fsBoldItalicUnderline – жирный наклонный подчеркнутый.

function TextWidth(s: string): integer; - возвращает ширину строки s в пикселях при текущих настройках шрифта.

function TextHeight(s: string): integer; - возвращает высоту строки s в пикселях при текущих настройках шрифта.

Действия с графическим окном

procedure ClearWindow; - очищает графическое окно белым цветом.

procedure ClearWindow(c: ColorType); - очищает графическое окно цветом c.

function WindowWidth: integer; - возвращает ширину графического окна.

function WindowHeight: integer; - возвращает высоту графического окна.

function WindowLeft: integer; - возвращает отступ графического окна от левого края экрана.

function WindowTop: integer; - возвращает отступ графического окна от верхнего края экрана.

function WindowCaption: string; - возвращает заголовок графического окна.

procedure SetWindowWidth(w: integer); - устанавливает ширину графического окна.

procedure SetWindowHeight(h: integer); - устанавливает высоту графического окна.

procedure SetWindowLeft(l: integer); - устанавливает отступ графического окна от левого края экрана.

procedure SetWindowTop(t: integer); - устанавливает отступ графического окна от верхнего края экрана.

procedure SetWindowSize(w,h: integer); - устанавливает ширину и высоту графического окна.

procedure SetWindowPos(l,t: integer); - устанавливает отступ графического окна от левого и верхнего края экрана.

procedure SetWindowCaption(s: string); - устанавливает заголовок графического окна.

procedure SetWindowTitle(s: string); - устанавливает заголовок графического окна. Синоним SetWindowCaption.

procedure SaveWindow(fname: string); - сохраняет содержимое графического окна в файл с именем fname.

procedure LoadWindow(fname: string); - выводит в графическое окно рисунок из файла с именем fname. Файл ищется вначале в текущем каталоге, а затем в каталоге PascalABC\Media\Images.

procedure FillWindow(fname: string); - заполняет графическое окно мозаикой из рисунка, содержащегося в файле с именем fname.

procedure FillWindow(n: integer); - заполняет графическое окно мозаикой из рисунка с описателем n.

procedure CloseWindow; - закрывает графическое окно.

function ScreenWidth: integer; - возвращает ширину экрана.

function ScreenHeight: integer; - возвращает высоту экрана.

procedure CenterWindow; - центрирует графическое окно по центру экрана.

procedure MaximizeWindow; - максимизирует графическое окно на экране.

procedure NormalizeWindow; - восстанавливает положение графического окна на экране.

Все размеры устанавливаются и возвращаются в пикселах.

Задание режимов вывода

procedure SetDrawingSurface(n: integer); - устанавливает в качестве канвы для рисования рисунок с описателем n. В результате весь графический вывод осуществляется не на экран, а на рисунок; настройки кисти, пера и шрифта также осуществляются для рисунка.

procedure SetDrawingSurface(p: Picture); - устанавливает в качестве канвы для рисования рисунок с описателем n. В результате весь графический вывод осуществляется не на экран, а на рисунок; настройки кисти, пера и шрифта также осуществляются для рисунка.

procedure RestoreDrawingSurface; - устанавливает в качестве канвы для рисования графическое окно.

procedure Redraw; - осуществляет перерисовку окна вывода при заблокированном выводе в графическое окно.

procedure LockDrawing; - блокирует вывод в графическое окно, осуществляя рисование только во внеэкранном буфере. Для перерисовки графического окна требуется вызвать процедуру Redraw. Если графический вывод перенаправлен в рисунок вызовом процедуры SetDrawingSurface, то не оказывает никакого воздействия на вывод.

procedure UnlockDrawing; - снимает блокировку вывода в графическое окно.

procedure LockScreenBuffer; - блокирует вывод во внеэкранный буфер графического окна. После вызова этой процедуры рисование незначительно ускоряется, однако, изображение графического окна перестает восстанавливаться.

procedure UnlockScreenBuffer; - снимает блокировку вывода во внеэкранный буфер графического окна.

function DrawingIsLocked: boolean; - возвращает True, если вывод в графическое окно заблокирован, и False в противном случае.

procedure SetRedrawProc(procedure RedrawProc); - устанавливает пользовательскую процедуру для перерисовки содержимого графического окна, вызываемую автоматически в тот момент, когда требуется его перерисовка. В настоящее время используется в модуле ABCObjects для автоматической перерисовки всех графических объектов и фона.

Блокировка вывода в графическое окно с последующим вызовом Redraw используется для простейшего создания анимации без мерцания.

Всех, кто не любит Android, Live Wallpaper, Minecraft, велосипеды, поток сознания, который слабо привязан к теме и всё около того, хочу сразу предупредить, что их может огорчить содержание этого поста, поэтому продолжайте чтение на свой страх и риск. Оставлю тут также и предупреждение для пользователей мобильного или просто небезлимитного интернета: дальше последует довольно много картинок .

Здравствуйте!

Бывает также, что из-за различных проблем (бюджет или время на разработку ограничены или просто кого-то из вышестоящих петух клюнул не туда, куда было необходимо), приходится искать готовые решения для многих вещей, что превращает мою работу в детскую игру с кубиками, где требуется “класть кубик на кубик” и смотреть, как манагеры хлопают в ладоши. Пожалуй это и есть та вещь, которая превращает мою работу в рутину (хотя да, даже в моменты “игры с кубиками”, я обычно продолжаю рассказывать, что монитор - это не компьютер). Чтобы хоть как-то избежать рутины и не забыть, каково же реализовывать простые вещи, я люблю в свободное время программировать “всё подряд”. И я заметил, что обожаю именно программирование графики…

О чём речь?

Первые сомнения на этот счёт...

Чтобы не утомлять Вас рассказом о процессе разработки и прочих деталях (не о том моя история), просто опишу смысл: написал, работало именно так, как я запомнил, поиграл один раз, бросил, т.к. уже “наигрался” в процессе отладки .

Для тех, кому интересно, результат получился вот такой:

Внутренний голос и тут говорил мне о том, что я не стану пользоваться результатом своих трудов, т.к. слишком насмотрюсь на него за время разработки, но я, как обычно, решил, что “уж в этот раз такого точно не будет” (сила самоубеждения, ага). Забегу вперёд и скажу, что внутренний голос был прав…

А где тут программирование графики?!

Поскольку я с самого начала решил, что стану всё реализовывать сам и не буду подглядывать в литературу или искать помощь в интернете, то в края моего изображения выглядели примерно так:

Очевидно, что неверно обрабатываются изображения, от которых следовало нарисовать только часть, исправляем…
Итак, задача решаема, а значит можно браться за дело и начинать искать решение и оптимальную реализацию.

Поскольку для реализации я выбрал решение с использованием JNI, то в результате разработку вёл в смешанном режиме. Основную логику я писал и проверял под Windows, генерируя сразу изображение для 10-и экранов (это и есть те широкие изображения, которые последуют далее в статье), а время от времени я проверял решение на телефоне.

“Результаты”

Итак, линия горизонта (пока случайными блоками, даже не знаю, почему сделал случайными - пишу статью и сам с себя удивляюсь):


Большие картинки кликабельны, но habrastorage немного уменьшил их размер (оригинал был 7200 х 1280)

Теперь от случайного мусора, переходим к осмысленному содержанию. Линия горизонта «осмысленно»:

Далее было необходимо создать “пещеры” (углубления в поверхности), чтобы рельеф не смотрелся так примитивно. Т.к. к тому моменту реализация была ещё сырая, то проверка алгоритма создания пещер представляла собой рисование “пещер” другой текстурой:

Следующим шагом было решено разделить всё на передний и задний план, причём задний план должен был отличаться более тёмной текстурой:


Это уже похоже на что-то, но ещё очень далеко от результата.

Поменял текстуры, решил добавить внизу источник света - лаву, но ошибся с текстурой, поэтому низ был «заполнен факелами»:

Исправляю и добавляю ещё один источник света - факелы:

Понял, что соотношение блоков переднего и заднего плана меня не устраивает и поменял коэффициенты:


Забегая вперёд, следует отметить, что это та часть, которую я менял много раз, чтобы добиться такого результата, чтобы успокоиться и больше не трогать его.

Целью добавления источников света было более адекватное освещение - освещение от источников света. Источники света были поделены на три группы:

1. Освещение от неба. Самый яркий источник света, но изначально была задумана смена времени суток, а значит и освещение от неба зависит от времени.
2. Освещение от лавы. Менее яркий источник света, чем небо днём, но яркость не меняется во времени.
3. Освещение от факелов. Наименее яркий источник света. Яркость также постоянна.

Тут стала напрашиваться прозрачность, ведь нельзя оставлять факелы с белым фоном. Чтобы избежать вопросов “и в чём же проблема?”, напомню, что у меня есть массив одних циферок (пикселей) и других циферок (тоже пикселей) и все правила переноса и прорисовки необходимо было ещё написать. Хотели прозрачность - вот вам прозрачность (ещё чуть чуть прозрачнее и было бы необходимо рисовать картинку с камеры телефона, чтобы было достаточно “прозрачно”):


Исправляем…

Исправляя фон, случайно “закрасил” и пещеры землёй:


Я знаю, что может показаться, что-то из этого было сделано умышлено, но уверяю вас, что все результаты были получены случайно. По правде говоря, я даже затрудняюсь сказать, как мне это удалось, но результат такой, какой он есть. Исправляем и это…

Освещение блока за факелом вычисляется неверно (блок за факелом темнее, чем соседние блоки):

Ошибка довольно глупая, но сразу я как-то и не подумал, что факел может быть в хорошо освещённом месте и считал освещённость блока максимальным значением яркости факела. Решений могло быть по крайней мере два - исправить освещение или убрать факелы из освещённых мест. Я решил исправить освещение.

Теперь я решил, что необходимо сделать возможность указывать строку (seed), которая задаёт уникальную “карту”, а значит нужна была и своя реализация генерации случайных чисел (на самом деле не была нужна, т.к. хватило бы и обычного rand, но просился велосипед):


и

Вышло довольно “случайно”, если не сказать больше.

Следующим шагом, были добавлены дополнительные блоки (этот шаг я упускаю, уж извините, и так очень много картинок), чтобы разнообразить внешний вид рельефа и тут пришла очередь деревьев.

Про деревья я хочу отдельно сказать пару слов… К середине процесса разработки у меня уже был комментарий в коде, несколько записей на бумаге и одна пометка к скриншотам, примерно такого содержания: “i h8 3s”. И на то были причины. Деревья сразу пошли как-то сложно. Каждая мелочь, каждая правка кода обязательно сказывалась на деревьях. В целом, как бы смешно это не звучало, но самой большой занозой оказались именно деревья.

Итак, первая итерация мучений с деревьями:


Для начала было решено сделать ствол дерева и листья над стволом (пока без листьев по бокам), но даже тут я перепутал блоки и получил перевёрнутый результат.

В результате, после смены количества деревьев, получился вот такой результат:

Затем я решил, что алгоритм генерации линии горизонта огорчает меня и что было бы неплохо его поправить, что я и сделал. Результат был довольно предсказуемый - ничего хорошего:

Потом последовал обычный для многих разработчиков quick-fix, без особого вникания в суть проблемы (ведь я же только что писал этот код, очевидно, что я могу его исправить не задумываясь!), что, как и можно было предположить, к положительному результату это не привело:


Довольно любопытно то, что линия горизонта не совершенно ровная, а имеет небольшое искажение в начале.

В результате я поэкспериментировал с разными параметрами и после множества результатов успокоился и перестал думать о исправлениях для линии горизонта. Вот несколько результатов для линии горизонта:

После того, как я получил работающий прототип, пришло время отладить его, почистить код и заняться оптимизацией. Начал я с того, что стал избавляться от magic numbers, которых было около 10 и которые привязывали большую часть параметров к размеру экрана и блоков на момент тестов.

А деревья всё продолжали огорчать - необходимо было сделать так, чтобы они генерировались только на земле, для объёма добавил затенение на некоторые блоки листьев (что кстати тоже к тому моменту не работало так, как хотелось бы):

Стало ясно, что нужно отладить функцию прорисовки затенённый блоков, а заодно и оптимизировать в ней кое-что. Снова быстрое исправление “ошибок”, снова довольно забавный результат:

Тут меня почти моментально “осенило”, что же я сделал неправильно и новое исправление не заставило себя долго ждать:

Тут следует сразу оговориться, что обычно я не пишу код в таком стиле (т.е. в стиле “сначала пишу, потом думаю”). Но в данном проекте я находил это очень забавным. Ведь каждая моя ошибка, каждая глупость, обязательно приводила к результату, причём очень редко я мог предсказать этот результат или сразу объяснить “почему так”.

К этому моменту, текстура листьев и травы (земля с травой) была определённого зелёного цвета. Просилась реализация, которая позволяла бы менять цвет, позволяя малой кровью менять время года. Да, я отлично знаю, что это можно было легко сделать в джаве и не придумывать ничего, но спортивный интерес был слишком силён. Для этого, текстура была изменена и была написана функция для “покраски текстуры”:

Саму функцию пришлось несколько раз исправлять, т.к. она создавала эффект разнокалиберного полосатика (два изображения в середине), но не делала того, что необходимо (правое изображение). Вот несколько результатов работы алгоритма:

Время от времени, я правил те или иные методы, чтобы привести в порядок код и время от времени получал самые разные результаты. Ещё один из примеров:

Время от времени всплывали и довольно забавные ситуации из мира отладки. Например, ошибка в прорисовке градиента (очередной генератор разноцветных полосатиков):

Во время отладки этой ошибки, когда у меня уже стали заканчиваться идеи, отладчик выдал вот такое значение цвета:

В тот день отладку я оставил и решил отдохнуть, чтобы отладчик перестал рассказывать про плохое качество еды.

На этом моменте я решил начать параллельно тестировать результат и на телефоне. В телефоне порядок цветов оказался немного другим, поэтому красная и синяя составляющие цвета поменялись местами:

Кстати, я забыл лишний раз напомнить, что ненавижу деревья… Деревья ночью вели себя странно:

В это время, у телефона вообще был свой собственный взгляд на то, как следует рисовать картинку после смещения (скролинга пальцем):
и

Ладно, цвет на картинке слева такой, потому что я забыл про положение синей и красной составляющей, а вот модный эффект motion blur - это уже “спасибо” android за то, что он совершенно верно рисовал моё изображение, у которого я не подумал про альфа канал (в альфа канале к тому моменту могло быть всё что угодно).

Кстати! Давно я не показывал Вам свои деревья! Вот:


Проблем тут довольно много - и неверное освещение некоторых блоков листьев, и неверная прорисовка “прозрачных пикселей”.

Параллельно я начал работу над системой waypoint’ов или, говоря простым языком, алгоритмом поиска путей. Путь был нужен, чтобы была возможность добавить зомби и прочих персонажей и при этом не пришлось бы каждый раз просчитывать их поведение на несколько шагов вперёд (чтобы они не тупили на месте). Для себя я стал отмечать пути визуально, чтобы оценить качество алгоритма:

Более продвинутый вариант визуализации смотрелся вот так:

В какой-то момент, когда я пытался исправить внешний вид деревьев, получил ещё один “положительный”:

Вот ещё несколько любопытных багов с телефона, которые напрямую связаны с прозрачностью (альфа каналом):
и

Затем были и ошибки из-за добавления дополнительных текстур (а значит и сменой индексов текстур):

Потом я “поправил” что-то в алгоритме прорисовки и получил довольно странный эффект (скорее всего напутал с размером и положением текстур):

В результате последних оптимизаций алгоритма прорисовки, я получил сразу две ошибки (снова разнокалиберные полосатики):
и

Процесс прорисовки этого чуда смотрится так (очевидно, что это самый оптимальный вариант):

Последней вещью, которую было необходимо реализовать, был эффект обьёма (грани блоков), чтобы картинка не была такой плоской и простой. Для граней необходимо было написать два алгоритма - алгоритм изменения размера картинки и алгоритм наклона изображения.

Начну с алгоритма уменьшения размера картинки:

Сверху вниз - результаты работы алгоритма. В самом низу - желаемый результат (тест проводился на большой картинке, для наглядности).

Больше отличился алгоритм поворота:

Слева наверху - начальное изображение, а справа внизу - желаемый результат, а в середине всё то, что получалось по пути к результату.

Когда алгоритмы были готовы, сделать объём уже было довольно просто. Блок составляли 3 грани (взгляд с одной стороны, псевдо-3д или так называемый 2.5d). Для красоты на грани был нанесён линейный градиент, который тоже пришлось отладить, чтобы получить желаемый результат:

Поскольку с размером граней блока я так и не смог определиться, сделал возможность изменять этот параметр:

После всех изменений, было необходимо оптимизировать процесс прорисовки, чтобы не отрисовывать ничего из того, что не нужно рисовать. Результатом этой оптимизации снова стала проблема с каналом прозрачности, которая всплыла во время тестов на телефоне. Должен признать, что полученный результат смотрелся довольно любопытно:
и

Результатом исправления этой ошибки стал не столь интересный эффект:

Итоги

Техническую сторону решил даже не поднимать в этой статье, т.к. и так не уверен, что кто-то дочитает её до конца. Если людям, которые осилили эту статью, будет интересно узнать о технической стороне этой истории, то напишите в комментариях или в личку, и я обязательно расскажу про сложности с которыми столкнулся, особенностями реализации и прочими деталями.

Надеюсь, что это подтолкнёт ещё кого-то на создание чего-либо своими руками, а не только используя готовые фреймворки и библиотеки.

Спасибо тем, кто хоть долистал до конца статьи!

Языки визуального программирования появились в начале 90-х годов и содержат большое число стандартных функций и библиотек, а также готовых средств визуализации. Они позволяют создавать очень удобные и эффектные программы, однако достигается это за счет резкого увеличения объема программного кода. Поэтому языки визуального программирования, как и текстовые, по-прежнему не позволяют модифицировать алгоритмы силами технологов без участия профессиональных программистов.

Настоящую революцию в программировании систем автоматизации сделали языки графического программирования. Одним из первых в этом классе был графический язык среды Simulink, входящей в состав Matlab (MathWorks Inc), а также языки LabVIEW (National Instruments) и HP-VEE (Hewlett Packard). Они были предназначены и успешно использовались для сбора данных, моделирования систем автоматизации, автоматического управления, обработки собранных данных и их визуального представления в виде графиков, таблиц, звука, с помощью компьютерной анимации. Графические языки были настолько простыми и естественными, что для их освоения зачастую было достаточно метода проб и ошибок без использования учебников и консультаций. Человек, не знакомый с программированием на алгоритмических языках, пользуясь только логикой и понимая постановку прикладной задачи, мог собрать работающее приложение из готовых компонентов, набрасывая их мышкой на экран монитора и проводя графические связи для указания потоков информации.

Первые языки программирования алгоритмов работы систем автоматизации были нестандартными. Каждая фирма, создававшая контроллер или SCADA-пакет, предлагала свой язык. Это требовало от системных интеграторов дополнительных усилий и затрудняло освоение новых SCADA пакетов и средств программирования контроллеров.

Контроллеру требуется программа , в соответствии с которой он взаимодействует с объектом. В одних случаях речь идет только о сборе данных с объекта, в других - о логическом управлении (например, выполнении блокировок). Наконец, одно из основных применений контроллера - реализация функций непрерывного управления отдельными параметрами или технологическим аппаратом (процессом) в целом.

Фирмы, производящие оборудование для пост­роения систем автоматизации, всегда стреми­лись сопровождать свою продукцию на­бором программных инструментов, с помощью которых пользователь по оп­ределенным правилам и соглашениям мог бы описывать логику работы контрол­лера. На раннем этапе развития этих программных средств набор поддерживаемых ими функ­ций обеспечивался нестандартными языками. Со временем правила и соглашения совершенствовались и на определенном этапе были оформ­лены в виде специальных языков про­граммирования, образовав то, что сейчас называется CASE -инструментарием.

Поэтому появление в 1993 году стандарта на языки программирования контроллеров МЭК 61131-3 было большим шагом в направлении создания открытых систем автоматизации и обеспечило снижение стоимости разработки, сокращение сроков, повышение качества реализации алгоритмов автоматизации и возможность детального изучения языков программирования, пригодных для любого контроллера. МЭК 61131-3 устанавливал стандарты для пяти языков программирования, рассчитанных на специалистов разных профессий, не связанных с программированием.

Были выдвинуты требования открытости системы, выполнение которых позволило бы унифицировать программные средства и упростить разработку:

Возможность разработки драйверов для контроллеров самими пользователями, т.е. сопровождение программных продуктов по программированию контроллеров специальными инструментальными средствами;

Наличие коммуникационных средств (интерфейсов) для взаимодействия с другими компонентами системы управления;

Возможность портации ядра системы на ряд программно-аппаратных платформ.

На рынке появилось большое коли­чество пакетов, удовлетворяющих вышеописанным требованиям. Практически во всех этих пакетах среда разработки реализована в Windows -интерфейсе, имеются средства загрузки разработанного приложения в исполнительную систему.

Названия некоторых из этих пакетов приведены ниже:

RSLogix 500, RS Logix 5, RSLogix 5000 фирмы Rockwell Software для программирования контроллеров различных семейств Allen-Bradley;

DirectSOFT для контроллеров семейства Direct Logic фирмы Koyo;

Пакеты PL7и Concept- ПО для программирования контроллеров различных семейств компании Schneider Electric;

Пакеты STEP 5, STEP 7 Micro, STEP 7 для программирования контроллеров семейств S5 и S7 фирмы Siemens;

Пакет Toolbox для конфигурирования контроллеров семейства Moscad;

Пакет TelePACEдля программирования контроллеров серий

TeleSAFE Micro 16 и SCADAPack фирмы Control Microsystems.

Стандартом МЭК 1131-3 определены пять языков программирования контроллеров: три графических (LD, FBD, SFC) и два текстовых (ST, IL).

LD (Ladder Diagram) - графический язык диаграмм релейной логики. Язык LD применяется для описания логических выражений различного уровня сложности.

FBD (Function Block Diagram) - графический язык функциональных блоковых диаграмм. Язык FBD применяется для построения комплексных процедур, состоящих из различных функциональных библиотечных блоков - арифметических, тригонометрических, регуляторов и т.д.).

SFC (Sequential Function Chart) - графический язык последовательных функциональных схем. Язык SFC предназначен для использования на этапе проектирования ПО и позволяет описать «скелет» программы - логику ее работы на уровне последовательных шагов и условных переходов.

ST (Structured Text) - язык структурированного текста. Это язык высокого уровня, по мнемонике похож на Pascal и применяется для разработки процедур обработки данных.

IL (Instruction List) - язык инструкций. Это язык низкого уровня класса ассемблера и применяется для программирования эффективных, оптимизированных процедур.

Графический интерфейс

Создание графических интерфейсов пользователя на компьютере явилось большим достижением в направлении развития средств диспетчерского управления. Главным эффектом от применения графического интерфейса является существенное снижение количества ошибок, допускаемых оператором (диспетчером) в стрессовых ситуациях при управлении производственными процессами. Проектирование пользовательского интерфейса основано на следующих принципах :

· узнаваемость : назначение элементов экрана должно быть понятно без предварительного обучения, допустимые манипуляции с этими элементами также должны быть понятны интуитивно. Пользовательский интерфейс не должен содержать излишней детализации;

· логичность : пользователь, имеющий опыт работы с одной программой, должен быть способен быстро, практически без обучения, адаптироваться к любой аналогичной программе;

· отсутствие "сюрпризов" : знакомые из прошлого опыта операции с элементами на экране должны вызывать знакомые реакции системы;

· восстанавливаемость : система не должна быть чувствительна к ошибкам оператора. Оператор должен иметь возможность отменить любое свое неправильное действие. Для этого используются многократные подтверждения, отмены, возврат на несколько шагов назад, установка контрольных точек и т. п.;

· наличие удобной справки , подсказок, встроенных в пользовательский интерфейс, средств контекстного поиска и замены;

· адаптация к опыту пользователя : начинающий пользователь должен иметь более простой интерфейс с большим количеством подсказок. Для опытного пользователя количество подсказок должно быть уменьшено, поскольку они мешают в работе.