С детства я очень люблю играть в видео игры и мне хотелось написать какую-нибудь собственную игру. Изучив основы программирования, программированием 3D графики я занялся на 2-ом курсе. Я имею 2 года опыта работы с 3D графикой в компании Soft-Xpansion. В Soft-Xpansion я восновном моделирую шестерёнки, болты, подшипники, валы, тригера и т.д.
В мире освещены различные аспекты разработки трёхмерных приложений, однако основное внимание уделяется вопросам программирования - в частности, представления трехмерных объектов, их визуализации с учетом свойств материала объектов, освещения, перспективы, а также таким специфическим вопросам трехмерной визуализации, как создание различных визуальных спецэффектов и т.п. Рассмотрим такие задачи: визуализация трехмерного объекта, создание и параметризация объекта, алгоритмы центрального и параллельного проецирования, алгоритмы различных преобразований.
Программирование 3D графики рассмотрим на примере разработки графического редактора для работы с параметризированными трехмерными объектами. Существует множество прикладных программ, для работы с трехмерными графическими объектами. Всевозможные графические редакторы позволяют работать с объектами разного типа. При этом важными факторами являются точное отображение реальных объектов и скорость работы. В результате возникает задача графического моделирования объектов на ЭВМ, при решении которой главным фактором является наиболее точное отображение реального объекта.
1. Разработка полигональной модели объекта
1.1 Составляющие элементы объекта
Полигональная модель в компьютерной графике - это образ объекта, составленный из множества многоугольников. Мы будем разрабатывать полигональную модель объекта «самолёт». Трехмерное изображение объекта представлено на рис. 1.1.
Объект состоит из нескольких видов поверхностей, которые в свою очередь разбиваются на полигоны для удобства хранения и обработки. Объект состоит из следующих видов фигур:
- капсула;
- параллелепипед;
- призма, в основании которой прямоугольный треугольник.
Капсула задаётся базовой точкой, радиусом, высотой цилиндрической части капсулы. Параллелепипед задаётся базовой точкой, шириной, длиной и высотой, на основе которых происходит расчет координат восьми точек вершин параллелепипеда. Призма задаётся базовой точкой, 2-мя катетами треугольника, который лежит в основании призмы, и высотой призмы.
1.2 Триангуляция поверхности объекта
Триангуляция поверхностей – это процесс разбиения сложных объектов на треугольные полигоны. Триангуляция удобна при программировании графики, т.к.:
- треугольник является простейшим полигоном, вершины которого однозначно задают грань;
- любую область можно гарантированно разбить на треугольники;
- вычислительная сложность алгоритмов разбиения на треугольники существенно меньше, чем при использовании других полигонов;
- реализация процедур визуализации более проста для области, ограниченной треугольником;
- для треугольника легко определить три его ближайших соседа, имеющих с ним общие грани.
Над объектом производится триангуляция следующим образом. Все примитивы, из которых состоит объект разбиты на треугольники. Все прямоугольные грани разбиваются диагональю на два равных треугольника. Таким образом, параллелепипеды состоят из 12 треугольных полигонов. Боковая поверхность цилиндра (часть нашей капсулы) разбита на части по высоте и каждая часть разбивается на равные прямоугольники, которые после разбиваются на треугольники.
Для получения координат вершин капсулы используются формулы перехода из цилиндрической системы координат в декартову систему координат (рис. 1.2). В формулах цилиндр имеет радиус R и высоту ZC. Полной окружности соответствует диапазон изменения параметра угла от 0 до 2Пи. Если рассматривать некоторое фиксированное число, равномерно распределенных, точек по окружности, то приращение параметра между точками можно считать константой (рис. 1.3). На концах капсулы находятся полусферы, которые получаются путём разбиения конуса на части по высоте и вдоль основания, после этого нормализуем координаты всех вершин так что бы они лежали на нашей сфере и полученные прямоугольники разбиваем на полигоны.
Призма, в основании которой прямоугольный прямоугольник состоит из 2 треугольников и 3 прямоугольников, которые легко разбиваются на полигоны.
На рисунке 1.4 представлено каркасное изображение объекта.
2. Описание алгоритмов аффинных преобразований
Любое изображение, выводимое на экран монитора, состоит из точек. Каждая точка в трехмерном пространстве, в свою очередь содержит три координаты – X (абсцисса), Y (ордината), Z (аппликата). Координаты точки однозначно определяют ее положение в системе координат. Мы будем использовать правую декартовую прямоугольную систему координат, общий вид которой показан на рисунке 2.1.
Здесь буквами x, y, z обозначены положительные направления осей Ox, Oy и Oz соответственно. Для вывода сцены на экран используются 3 системы координат:
- СК сцены;
- экранная СК;
- СК камеры.
Начальной СК является СК сцены (либо камеры, при переходе в вид из камеры), конечной – экранная СК. Для перехода из одной системы координат в другую используются формулы поворота, смещения и масштабирования.
После выполнения геометрических преобразований, координаты (x, y, z) точки переходят в новые координаты (x*, y*, z*). Общие формулы преобразования координат показаны на рисунке 2.2. Но более удобной является матричная форма записи трехмерного преобразования (рис. 2.3). Здесь к координатам (x ,y, z) точки добавилась четвертая координата, равная единице и необходимая для выполнения преобразований в матричной форме. Такие координаты называются однородными.
2.1 Перемещение объекта
Одним из простейших и часто применяемых аффинных преобразований является перемещение (сдвиг, перенос). Матрица A перемещения на вектор показана на рисунке 2.4. Алгоритм представлен на рисунке 2.5.
Рисунок 2.4 – Матрица перемещения
2.2 Вращение объекта
Аффинным преобразованием, которое позволяет смотреть на объект под разными углами и с разных сторон, является поворот объекта относительно координатных осей. Матрицы поворотов вокруг координатных осей показаны на рисунках 2.6, 2.7, 2.8 и вокруг произвольной оси на рисунке 2.9.
Рисунок 2.9 – Матрица поворота вокруг произвольной оси
Алгоритм поворота вокруг произвольной оси представлен на рисунке 2.10.
Рисунок 2.10 – Алгоритм поворота вокруг произвольной оси
2.3 Масштабирование объекта
Другим важнейшим аффинным преобразованием является масштабирование. Масштабирование - изменение размера изображения с сохранением пропорций. Под масштабированием подразумевается как увеличение изображения, так и его уменьшение. Матрица масштабирования представлена на рисунке 2.11, а алгоритм масштабирования на рисунке 2.12.
3. Описание алгоритмов проекционных преобразований
Проецирование - это процесс полу¬чения изображения предмета на какой-либо поверх¬ности, получившиеся при этом изображение, называют проекцией предмета.
Элементами, с помощью которых осуществляется проецирование, являются (рис. 3.1):
- центр проецирования - точка, из которой производится проецирование;
- объект проецирования - изображаемый предмет;
- плоскость проекции - плоскость, на которую производится проецирование;
- проецирующие лучи - воображаемые прямые, с помощью которых производится проецирование.
Результатом проецирования является изображение или проекция объекта. Различают центральное и параллельное проецирование. При центральном проецировании все проецирующие лучи исходят из одной точки - центра проецирования, находящегося на определённом расстоянии от плоскости проекций (рисунок 3.1). При параллельном проецировании все проецирующие лучи параллельны между собой. На рисунке 3.2 показано, как получается параллельная прямоугольная проекция. Центр проецирования предполагается условно удалённым в бесконечность. Тогда параллельные лучи отбросят на плоскость проекций тень, которую можно принять за параллельную проекцию изображаемого предмета.
В проекте реализовано переключение между центральным и параллельным проецированием. Отличия при реализации системы проецирования появляются при вычислении координат проекций на аксонометрическую плоскость проекций камеры. Эта плоскость имеет размеры (–1,+1) по ширине и (–1/ar,+1/ar) по высоте, где ar – форматное отношение. Если при центральном проецировании имеет место формула, показанная на рисунке 3.3, то для параллельного проецирования справедлива формула, представленная на рисунке 3.4.
Рисунок 3.3 – Формула вычисления координат проекций при центральном проецировании
Рисунок 3.4 – Формула вычисления координат проекций при параллельном проецировании
В этой формуле a - половина ширины окна вывода, а b - половина его высоты.
4. Описание алгоритмов произвольных преобразований камеры
Для построения изображения на экранной плоскости используется модель представления при помощи камеры. Она отвечает за предоставление пользователю мощнейшего механизма движения среди объектов сцены.
Камера задается следующими параметрами:
- углом обзора;
- фокусным расстоянием (от точки нахождения камеры до плоскости, на которую мы проецируем);
- ближними и дальними плоскостями, которые участвуют в отсечении по пирамиде видимости.
Для камеры были реализованы: поворот, смещение и панорамирование.
Камера расположена в определенной точке пространства, а также имеет целевую точку. На основании этих двух точек рассчитываются три вектора: вверх, вправо и вперед, которые однозначно определяют направление камеры и образуют оси системы координат камеры (рисунок 4.1).
Получаем из МСК координаты точек объекта в координатной системе камеры. Схема представлена на рисунке 4.2.
Основные функции для работы с камерой представленны на рисунках 4.3, 4.4, 4.5.
Для того чтобы получить координаты точки, представленной в мировых координатах, в координатах камеры необходимо эту точку умножить на матрицу камеры трансформации из МСК. Точку следует представить в однородных координатах. Матрица трансформации камеры приведена на рисунке 4.6. В этой матрице U – вектор «вправо», V – вектор «вверх», N – вектор «вперед», camPos – позиция камеры в МСК.
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.
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:
| bsSolid | bsCross | bsClear | bsDiagCross |
| bsHorizontal | bsBDiagonal | bsVertical | bsFDiagonal |
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.
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.
