Разработка программы рисования замкнутых многоугольников на языке С++, с использованием библиотеки VCL
Министерство Образования Республики Беларусь
УО “Витебский Государственный Технологический Университет"
Пояснительная записка
к курсовому проекту на тему “Разработка программы рисования замкнутых многоугольников на языке С++, с использованием библиотеки VCL"
Витебск - 2009
Содержание
Введение.
Разработка интерфейса приложения
Разработка алгоритма работы приложения, его реализация на языке С++
Заключение
Список литературы
Введение.
В записке приведено описание программы, разработанной в соответствии с заданием на курсовое проектирование по теме “Разработка программы рисования замкнутых многоугольников на языке С++, с использованием библиотеки VCL". Программа предназначена для рисования различных правильных многоугольников.
Разработка программы производилась в среде C++ Builder 6, т.к данная среда удобна для разработки, интерфейсы, создаваемые C++ Builder 6 наглядны и просты для использования.
Результаты тестирования подтверждают, что программа правильно выполняет все реализованные, в соответствии с заданием, функции.
Разработка интерфейса приложения
Под графическим интерфейсом пользователя (Graphical User Interface - GUI) подразумевается тип экранного представления, при котором пользователь может выбирать команды, запускать задачи и просматривать списки файлов, указывая на пиктограммы или пункты в списках меню, показанных на экране. Действия могут, как правило, выполняться с помощью мыши, либо нажатием клавиш на клавиатуре. Типичным примером графического интерфейса пользователя является Windows.
C++Builder предоставляет разработчику приложения широкие возможности быстрого и качественного проектирования графического интерфейса пользователя - различных окон, кнопок, меню и т.д.
Интерфейс программы разрабатывался в стиле простейшего графического редактора.
На панели инструментов расположатся элементы для работы непосредственно с холстом. Так, в результате, нескольких проб, собираем форму которая нас удовлетворяет.
Исследование классов библиотеки VCL, используемых в приложении.
Библиотека визуальных компонентов - VCL-библиотека (Visual Component Library) - является репозитарием компонентов, используемых для создания приложений с помощью C++ Builder. Компонентом называется объект, используемый для создания программы, - флажок, комбинированный список или рисунок. Эти компоненты выбираются с помощью щелчка левой кнопкой мыши и перемещаются в рабочую область. Компоненты VCL-библиотеки представляют собой код, который скомпилирован для выполнения определенных операций, что избавляет разработчика от необходимости всякий раз создавать его заново.
Все компоненты обладают свойствами, которыми можно управлять с помощью кода или пакета C++ Builder. Свойства компонента определяют способ его работы, внешний вид, набор функциональных возможностей и т.д.
Компоненты используемые для построения нашего интерфейса можно представить в виде следующего списка:
TForm - форма, окно, которое в большинстве случаев является пользовательским интерфейсом создаваемого приложения.
TMainMenu - не визуальный компонент, главное меню.
TOpenDialog - предназначен для создания окна диалога "Открыть файл".
TSaveDialog - предназначен для создания окна диалога "Сохранить файл".
TPanel - является контейнером для группирования органов управления.
TLabel - отображение текста, который не изменяется пользователем. Никакого оформления текста не предусмотрено, кроме цвета метки и текста.
TEdit - отображение, ввод и редактирование однострочных текстов.
TUpDown - кнопка-счетчик, в сочетании с компонентами TEdit и другими позволяющая вводить цифровую информацию.
TRadioGroup - комбинация группового окна GroupBox с набором радиокнопок RadioButton; служит специально для создания групп радиокнопок. Можно размещать в компоненте несколько радиокнопок, но никакие другие органы управления не разрешены.
TRadioButton - предлагают пользователю набор альтернатив, из которых выбирается одна. Набор реализуется требуемым количеством радиокнопок, размещенных в одном контейнере.
TImage - используется для отображения графики: пиктограмм, битовых матриц и метафайлов.
TStatusBar - представляет собой ряд панелей, отображающих полосу состояния в стиле Windows. Обычно эта полоса размещается внизу формы.
Разработка алгоритма работы приложения, его реализация на языке С++
Целью данной работы является разработка программы рисования замкнутых многоугольников с помощью объектно-ориентированного языка программирования, с использованием его графических функций и методов.
В разработанной программе реализованы следующие возможности:
помещение фигуры на холст (количество граней задается численно, положение на холсте - с помощью мыши);
вращение фигур на холсте (положение на холсте центра вращения указывается с помощью мыши, угол задается численно);
перемещение фигур на холсте с помощью;
очистку холста от фигур;
сохранение в файл коллекции фигур;
загрузка коллекции фигур из файла в двух вариантах: дополнение, или полная замена уже имеющейся на холсте коллекции (предусмотрена фильтрация файлов нужного типа в диалоге "Открытие файла").
Созданная программа в процессе деятельности может быть представлена рядом состояний, которые осуществляют те или иные действия. В программе можно выделить некоторое начальное и конечное состояние. Анализ системы следует начать с жизненного цикла: вначале работы программы пользователь создает или открывает (импортирует) коллекцию фигур, далее следует выбор одного из действий: создание, перемещение и поворот фигуры:
создание фигуры - пользователю необходимо сначала задать количество углов и размер, после чего произвести щелчок левой кнопкой мыши по холсту, в результате чего на указанном месте появится заданный многоугольник;
перемещение фигуры - пользователю необходимо просто навести курсор на фигуру, которую он хочет переместить и нажать левую кнопку мыши, после чего переместить курсор в нужную позицию и отпустить кнопку.
вращение фигуры - пользователю необходимо сначала задать угол поворота, после чего произвести щелчок левой кнопкой мыши по фигуре в месте, где пользователь хочет расположить центр вращения.
После выполнения одного, либо нескольких из вышеописанных действий пользователь может завершить работу, предварительно сохранив в файл коллекцию фигур.
Для реализации поставленных задач был написан класс Polygone, которым описываются все многоугольники на форме. Класс реализован следующим образом:
class Polygone {
friend ostream &operator<< (ostream &output, Polygone polygon);
friend istream &operator>> (istream &input, Polygone &polygon);
private:
int n;
double size;
TPoint center;
TPoint fulcrum;
int lenX,lenY;
double angle;
public:
Polygone ();
Polygone (int n, double size, TPoint center);
Polygone (int n, double size, TPoint center, TPoint fulcrum,
double angle);
int getAmtAngles ();
double getSize ();
TPoint getCenter ();
TPoint getFulcrum ();
double getAngle ();
TPoint *getPoint ();
void setAmtAngles (int n);
void setSize (double size);
void setCorCenter (TPoint center);
void setFulcrum (TPoint fulcrum);
void setAngle (double angle);
};
Класс имеет несколько закрытых переменных для хранения значений количества углов, размера, координат центра и точки вращения, а также угла, на который повернут многоугольник относительно точки вращения. Далее идет вполне стандартное описание конструкторов и необходимых нам функций, предназначение большинства из них не вызывает вопросов, т.к они являются обычными геттерами и сеттерами, которые возвращают нам значения закрытых переменных. Интересной для рассмотрения является функция getPoint (), возвращающая указатель на массив типа TPoint, хранящий в себе массив точек (вершин), многоугольника. Рассмотрим ее реализацию:
TPoint *Polygone:: getPoint () {
TPoint *point = new TPoint [this->n] ;
double alpha = ALPHA_FULL/this->n;
for (int i=0; i<n; i++) {
int x = this->center. x + this->size*cos (alpha*M_PI/ALPHA_HALF);
int y = this->center. y + this->size*sin (alpha*M_PI/ALPHA_HALF);
point [i] = Point (x,y);
alpha += ALPHA_FULL/n;
}
if (angle) {
for (int i=0; i<n; i++) {
double R = sqrt (pow (this->fulcrum. x-point [i]. x,2) +
pow (this->fulcrum. y-point [i]. y,2));
double beta = (ALPHA_HALF/M_PI) *acos ( (point [i]. x-
this->fulcrum. x) /R);
if (this->fulcrum. y>point [i]. y)
beta = ALPHA_FULL - beta;
double gamma = beta - this->angle;
int x = this->fulcrum. x + R*cos (gamma*M_PI/ALPHA_HALF);
int y = this->fulcrum. y + R*sin (gamma*M_PI/ALPHA_HALF);
point [i] = Point (x,y);
}
}
return point;
}
Для нахождения вершин многоугольника воспользуемся полярной системой координат с центром в центре многоугольника.
В первой строке данной функции происходит создание массива типа TPoint, размерностью, равной количества углов у многоугольника. Начиная со следующей строки, находится полярный угол и запускается цикл, в котором находятся вершины многоугольника в системе с центром в центре многоугольника, с использованием полярных координат, к этим координатам прибавляется смещение центра относительно начала координат.
Далее, если имеется угол, на который необходимо повернуть фигуру, то запускается цикл, в котором, находится длинна вектора с началом в точке центра вращения, обратным преобразованием находится полярный угол между вектором и плоскостью вращения. К найденному углу прибавляется угол, на который необходимо повернуть многоугольник, и осуществляется преобразование, из полярных координат в декартовы координаты.
Фигуры в памяти хранятся с использованием класса vector. Класс vector является очень удобным методом для хранения неизвестного числа переменных в памяти. При создании нового многоугольника объект класса Polygone добавляется в список, хранящийся в памяти.
Создание многоугольника происходит при нажатии левой кнопки мыши на холсте, в обработчике события происходит обработка следующего кода:
if (RadioButton1->Checked) {
int n = Edit1->Text. ToInt ();
int size = Edit2->Text. ToInt ();
Polygone polygon = Polygone (n,size,TPoint (X,Y));
heap. push_back (polygon);
updateImage (Image1);
}
В первых двух строках происходит считывание данных из текстовых полей, в одном из которых мы указываем количество углов, а во втором размер создаваемого многоугольника.
Следующий этап - создание многоугольника в памяти и занесение его в список. В последней строке происходит обновление холста. Функция обновления холста реализована следующим образом:
void updateImage (TImage *Image) {
int n = heap. size ();
Image->Canvas->FillRect (Rect (0,0, Image->Width, Image->Height));
for (int i=0; i<n; i++) {
Image->Canvas->Polygon (heap [i]. getPoint (),
heap [i]. getAmtAngles () - 1);
}
}
Вначале запрашиваем размер массива, в котором хранятся многоугольники, т.е. находим количество фигур на форме. Далее происходит очистка холста, и запуск цикла, который поочередно прорисовывает все многоугольники из списка.
Выбор фигуры для перемещения или вращения реализован на принципе нахождения наименьшего расстояния до центра фигур, который осуществляется с помощью функции getNumberMinDistance (int X, int Y), входными параметрами которой являются координаты положения курсора на холсте.
int getNumberMinDistance (int X, int Y) {
int n = heap. size ();
int number = 0;
double minDistance = sqrt (pow ( (X-heap [number]. getCenter (). x),2) +
pow ( (Y-heap [number]. getCenter (). y),2));
for (int i=1; i<n; i++) {
double distance = sqrt (pow ( (X-heap [i]. getCenter (). x),2) +
pow ( (Y-heap [i]. getCenter (). y),2));
if (minDistance>distance) {
minDistance = distance;
number = i;
}
}
if (heap [number]. getSize () <minDistance)
return - 1;
return number;
}
Данная функция рассчитывает расстояния до центра всех фигур, и выбирает из них наименьшее. Расстояние также должно быть меньше радиуса описанной окружности для данной фигуры. Возвращаемое значение равно номеру этой фигуры в списке. Во время перемещения фигуры происходит обработка события MouseMove, в котором для перемещаемой фигуры задается новое положение центра и заново прорисовывается холст.
Разработанная программа имеет возможность сохранения коллекции многоугольников. В файл записываются данные о количестве фигур на холсте, а также данные о самих многоугольниках, такие как - количество углов, размер, координаты центра и т.д. Данный тип записи, позволяет в будущем легко открывать и импортировать необходимые коллекции фигур на холст.
Заключение
Программа, описанная в курсовом проекте, разработана в соответствии с постановкой задачи на курсовое проектирование по теме “Разработка программы рисования замкнутых многоугольников".
Интерфейс созданной программы удобен, прост, наглядно отображает ее возможности.
Тестирование подтвердило, что программа корректно выполняет обработку данных и демонстрацию результатов.
Всё это свидетельствует о работоспособности программы и позволяет сделать вывод о ее пригодности для создания и редактирования замкнутых многоугольников.
Список литературы
Язык программирования C++: Б. Страуструп.
Программирование в C++ Builder 6: А.Я. Архангельский. -М.: изд. "Бином", 2003.
Самоучитель C++ Builder: Н.Б. Культин. -СПБ.: БХВ-Петербург, 2004.
Вычислительная геометрия и компьютерная графика на C++: М. Ласло пер. с англ.В. Львова. -М.: изд. "Бином", 1997.