Erste Schritte mit HG 2

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1 Erste Schritte mit HG 2 Malte Ried FH-Gießen Version: November 2003 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 2 Allgemeines Koordinaten Farben Typisch Abfolge Installation 3 4 Programme mit HG 2 erstellen 4 5 Beispiel 4 6 Die Methoden im Einzelnen Exceptions Fenster öffnen Einen Punkt zeichnen Eine Linie zeichnen Farbe Löschen Funktionsweise 8 1

2 1 EINFÜHRUNG 2 1 Einführung oder: Was ist HG 2 eigentlich? Bei HG 2 handelt es sich um eine Schnittstelle, die es erlaubt, einfach Grafiken auf den Bildschirm auszugeben. Unter HG 2 ist folgendes zu verstehen: H(G 2 ) = H G G H G G ˆ= Hochschule Gießen Grafik 2 Allgemeines oder: Was ist zu beachten? 2.1 Koordinaten Koordinaten werden im Gegensatz zur Mathematik anders dargestellt. In der Mathematik ist der Ursprung normalerweise links unten, positives X geht nach rechts, positives Y nach oben. Das ist hier ein wenig anders: positives X geht nach rechts, positives Y aber nach unten (siehe Abbildung 1, Seite 2). +y +x +y +x (a) (b) Abbildung 1: Koordinaten in der Mathematik (a) und am Bildschirm (b) 2.2 Farben Farben werden in der Computergrafik meist aus den drei Farben rot, grün und blau zusammengesetzt. Diese Methode verwendet auch HG 2. Wenn Farben angegeben werden müssen, so steht der erste Wert immer für rot, der zweite für grün und folglich der letzte für blau. In HG 2 werden die einzelnen Farbwerte als float Werte angegeben, wobei eine 1.0 der maximale, und 0.0 der minimale Wert ist. Die Werte werden dann zu der endgültigen Farbe gemischt (siehe Tabelle 1, Seite 3). In HG 2 gibt es zwei verschiedene Farben, eine für den Hintergrund, und eine für den Stift. Die Hintergrundfarbe kann nur beim Öffnen des Fensters angegeben werden. Die Stiftfarbe kann beliebig oft gesetzt werden, sie wird dann so lange benutzt, bis eine neue Farbe gesetzt wird.

3 3 INSTALLATION 3 Anteil von rot grün blau Farbe rot grün blau weiß schwarz grau magenta gelb türkis Tabelle 1: Beispiele für verschiedene Farben 2.3 Typisch Abfolge Die Abfolge ist nicht strikt festgelegt. Normalerweise wird man sich aber an folgenden Ablauf halten: 1. Ein Fenster öffnen. In dieses Fenster wird später gezeichnet. 2. Nun können folgende Befehle in beliebiger Reihenfolge und beliebig oft ausgeführt werden: Punkt zeichnen Linie zeichnen Stiftfarbe setzen Fensterinhalt löschen Die Reihenfolge ist desshalb nicht strikt festgelegt, weil man theoretisch erst einige Zeichenoperationen durchführen kann und erst dann das Fenster öffnet. 3 Installation oder: Was muss vorher getan werden? Die Installation ist denkbar einfach. Das Archiev mit dem Quellcode sollte sich im Home- Verzeichnis befinden, und dort entpackt werden. Entpackt wird mit tar -xzvf hg2.tar.gz Dabei entsteht ein neues Verzeichnis mit dem Namen hg2. Nun muss die Datei Makefile in dem Verzeichnis hg2/src angepasst werden. Dazu muss diese Datei in einem Texteditor geöffnet werden und die Zeile include Makefile.<... > geändert werden, so dass das richtige Makefile inkludiert wird. (Wobei <... > für linux, solaris, win32 oder macosx steht.) Hier kann Makefile.linux, Makefile.solaris, Makefile.win32 oder Makefile.macosx angegeben werden, je nach System. Es muss also

4 4 PROGRAMME MIT HG 2 ERSTELLEN 4 Makefile.linux eingesetzt werden, wenn HG 2 auf einer Linux Maschine übersetzt werden soll. Die Zeile sieht dann so aus: include Makefile.linux Eventuell muss die inkludierte Datei weiter angepasst werden. 1 Um die Bibliothek zu erstellen, muss die geänderte Datei gespeichert werden und anschließend im Verzeichnis hg2/src der Befehl gmake ausgeführt werden. Wenn hier keine Fehler auftreten, ist HG 2 einsatzbereit, und es wurde eine Datei libhg2.a im Verzeichnis hg2/lib erzeugt. Dies ist eine statische Bibliothek, die beim Erstellen von Programmen zu diesen gelinkt werden muss. 4 Programme mit HG 2 erstellen oder: Wie kompiliere ich meine Programme mit HG 2? Beim Kompilieren müssen lediglich zwei Verzeichnisse und einige Bibliotheken angegeben werden. Der Quellcode kann in einem beliebigen Verzeichnis liegen, er heißt zum Beispiel main.cpp. Dann sieht der Aufruf des Kompilers wie folgt aus: g++ -c main.cpp -I $HOME/hg2/include Zum Linken des Programms ist dann Folgendes nötig: g++ main.o -o main -L $HOME/hg2/lib -lhg2 -lglut -lgl -lglu -lx11 -lxmu -lm -lxi -lpthread Die Datei libhg2.a liegt in dem bei der Installation erzeugten Verzeichnis hg2/lib Diese Beispiel bezieht sich auf Solaris. Unter Linux sind die Bibliotheken X11, Xi und Xmu wegzulassen. 2 5 Beispiel oder: Wie könnte es aussehen? Dieses Beispiel gibt es im Verzeichnis hg2/src mit dem Namen Example.cpp. #include <iostream> #include "DrawingArea.h" using namespace hg2; Die Deklarationen aller bnötigten Methoden sind in der Header-Datei "DrawingArea.h" zu finden. Da sich alle Methoden im Namespace hg2 befinden, wird dieser hier noch mit eingebunden. 1 Insbesondere die Dateien für Windows und MacOS-X müssen mit Sicherheit angepasst werden, sie sind nicht vorbereitet. Hier ist eventuell mehr Aufwand nötig um HG 2 zum Laufen zu bekommen. Unter Windows können auch andere Werkzeuge wie zum Beispiel das M$ Visual Studio verwendet werden. Des weiteren ist hier die glut-bibliothek (die glut32.dll ) nachträglich zu installieren. 2 Auch hier gilt: HG 2 ist grundsätzlich unter Windows und MacOS-X lauffähig, dies wird aber nicht offiziell unterstützt.

5 5 BEISPIEL 5 int main() try HG 2 kann verschiedene Exceptions werfen, hier wird daher ein try - catch-block geöffnet. //Open a window DrawingArea::vOpenWindow("Test", 100, 100, 200, 200, 0.0f, 0.3f); Diese Anweisung öffnet das Fenster, in dem anschließend gezeichnet werden soll. In diesem Fall wird ein Fenster mit dem Titel "Test" und der Größe 200, 200 an der Position 100, 100 auf dem Bildschirm geöffnet. Dabei wird die Hintergrundfarbe auf ein dunkles Grün gesetzt. //Set pen color to white DrawingArea::vSetPenColor(1.0f, 1.0f, 1.0f); //Draw a rectangle DrawingArea::vDrawLine( 50, 50,150, 50); DrawingArea::vDrawLine(150, 50,150,150); DrawingArea::vDrawLine(150,150, 50,150); DrawingArea::vDrawLine( 50,150, 50, 50); Hier wurde nun die Stiftfarbe auf weiß gesetzt und danach vier Linien mit den angegebenen Koordinaten gezeichnet. Zusammen ergeben diese dann ein Quadrat. Beim Zeichnen wird die zuvor eingestellte Farbe verwendet. } catch(colorexception e) cout << "ColorException! " << endl << "Stop!" << endl; } catch(systemexception e) cout << "SystemException! " << endl << "Stop!" << endl; } catch(initexception e) cout << "InitException! " << endl << "Stop!" << endl; } int b; cin >> b; Hier werden nun noch alle evtl. auftretenden Exceptions (Exceptions siehe 6.1, Seite 6) abgefangen und entsprechende Ausgaben gemacht, bevor das Programm beendet wird. Des weiteren wird auf eine Eingabe vom Benutzer gewartet, damit dieser überhaupt die Zeit hat, sich die Ausgabe anzusehen. Da das Fenster automatisch geschlossen wird, wenn das Programm beendet wird, ist dieser letzte Schritt nötig. Alle Aktionen führt man auf der Klasse DrawingArea aus, welche nur statische Methoden

6 6 DIE METHODEN IM EINZELNEN 6 bietet. Daher muss vor jeder Methode DrawingArea:: angegeben werden. Die Ausgabe des Beispielprogramms sieht etwa wie in Abbildung 2 auf Seite 6 aus. Abbildung 2: Ausgabe des Beispielprogramms 6 Die Methoden im Einzelnen oder: Was benutzt man wie? 6.1 Exceptions Es gibt drei Arten von Exceptions: 1. ColorException Wird geworfen, wenn versucht wird, eine Farbe mit ungültigen Werten zu erzeugen. Folglich kann die Exception von der Methode vsetpencolor und vopenwindow geworfen werden. 2. SystemException Wenn diese Exception geworfen wird ist alles kaputt. Dies deutet auf einen internen Fehler in HG 2 hin, bei dem ein Thread nicht erzeugt werden konnte. Auf manchen Systemen ist es möglich, ein ausführbares Programm zu erzeugen, obwohl nicht gegen die libpthread.so gelinkt wurde, dann tritt zwangsläufig diese Exception auf. Geworfen wird sie nur von vopenwindow.

7 6 DIE METHODEN IM EINZELNEN 7 3. InitException Wird versucht die Methode vopenwindow zum zweiten Mal aufzurufen, wird diese Exception geworfen. Alle Exceptions haben die folgenden Methoden: what() Gibt einen String zurück, der eine Beschreibung des Fehlers beinhaltet. igeterrorno() Gibt eine Fehlernummer zurück. 6.2 Fenster öffnen Um ein Fenster zu öffnen steht die Methode OpenWindow zur Verfügung. Sie hat folgende Signatur: void vopenwindow( char * p acwindowtitle = "FH-Giessen HG2", unsigned int p uiposx = 0, unsigned int p uiposy = 0, unsigned int p uiwidth = 100, unsigned int p uiheight = 100, float p fred = 0.0f, float p fgreen = 0.0f, float p fblue = 0.0f ); Man sieht also, dass kein Parameter explizit mit angegeben werden muss, es werden die Standardwerte übernommen. Wird kein Parameter angegeben, so wird ein Fenster mit dem Titel "FH-Giessen HG2" an der Position 0, 0 mit der Größe 100, 100 mit einem schwarzen Hintergrund geöffnet. (Mit den drei float Werten am Ende kann man die Hintegrundfarbe einstellen.) Die Größe des Fensters ist auf 800 mal 600 Pixel beschränkt. Die linke obere Ecke des Fensters kann höchstens bei 800, 600 liegen. 6.3 Einen Punkt zeichnen Mit der Methode vdrawpoint kann ein einzelner Punkt in das Fenster gezeichnet werden. Die Signatur sieht folgendermaßen aus: void vdrawpoint( int p ix, int p iy ); Als Parameter nimmt diese Methode die gewünschte Position des Punktes entgegen. Beim Zeichnen wird die aktuelle Stift-Farbe verwendet. 6.4 Eine Linie zeichnen Die Methode zum Zeichnen einer Linie ist der zum Zeichnen eines Punktes sehr ähnlich: void vdrawline( int p istartx, int p istarty, int p iendx, int p iendy ); Hier müssen zwei Punkte angegeben werden, einer an dem die Linie beginnen soll, und einer an dem sie endet.

8 7 FUNKTIONSWEISE Farbe Um eine neue Stiftfarbe zu setzen, gibt es die Methode vsetpencolor: void vsetpencolor( float p fred, float p fgreen, float p fblue ); Die nun gesetzte Farbe bleibt so lange erhalten, bis eine neue Farbe gesetzt wird. Für Erklärungen zu Farbe siehe 2.2, Seite Löschen Wenn der Inhalt des Fensters gelöscht werden soll werden alle Punkte bzw. Linien gelöscht. Hierfür gibt es die folgende Funktion: void vclear( ); 7 Funktionsweise oder: Was geschieht im Hintergrund? HG 2 setzt auf OpenGL auf, da hierdurch eine weitgehende Plattformunabhängigkeit erreicht wird. Es wird immer eine Liste der bereits gezeichneten Objekte (hier: Punkte und Linien) vorgehalten, die bei Bedarf automatisch erneut gezeichnet werden. Dies ist zum Beispiel erforderlich, wenn das Fenster im Hintergrund war oder sich die Größe des Fenster ändert. Um all diese Funktionen muss sich der Benutzer nicht kümmern, dies erledigt HG 2 automatisch.

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