ASCII művészet Java-ban

ASCII Art 4

ASCII Art 1Átte­kint­jük a ka­rak­ter­a­la­pú raj­zo­lás le­he­tő­sé­ge­it Java 2D gra­fi­ká­val, illetve a ka­rak­ter­fü­zé­rek kép­ként va­ló ke­ze­lé­sé­nek újabb le­he­tő­sé­ge­it is.

Az ASCII művészet jelentése és kezdete

Az ábécék betűiből/szövegeiből kialakított ábrák egyidősek lehetnek az írásbeliséggel. A technológiától függetlenül a karakterekből kialakított kép megjeleníthető: papír és penna vagy írógép, illetve számítógép és nyomtató vagy monitor segítségével.
Az ASCII művészet (ASCII art) tágabb értelemben a szövegalapú vizuális művészetre vonatkozik. Szűkebb értelemben véve a számítógépes grafika részterületének tekinthető. Az ASCII művészet számítógépet használ nyomtatható standard ASCII kompatibilis karakterekből álló képek készítéséhez és megjelenítéséhez. A képeken a képi elemek a nyomtatható karakterek, amelyek a pointilizmushoz hasonló optikai effektust mutatnak.
A művészeti ág indulása arra vezethető vissza, hogy a korai nyomtatókkal nem lehetett grafikát nyomtatni, a monitorokon nem lehetett grafikát megjeleníteni. Cégek, programok bannerjeinek, logóinak készítésére pedig akkor is volt igény. Ezek mellett például prezentációkhoz, kapcsolási rajzokhoz is használták az ASCII művészetet, valamint természetesen a korai e-mailekben is. A grafikus kártyák megjelenése előtti időkben pedig a videójátékok „grafikája” is ezzel a technikával készült.
Most nézzünk meg néhány lehetőséget saját programmal való képkészítésre.

ASCII képek rajzolása programozási alapismeretek tanulásakor

Saját programmal már az alapok tanulásakor készíthetők ASCII képek a vezérlő szerkezetek megismerése kapcsán. Az alábbi képek bemutatják a lehetőségeket.

ASCII Art 2

További sok-sok kép található az alábbi weboldalakon:

A 2D grafikával való szövegrajzoláshoz használható BufferedImage osztály

A BufferedImage osztály a java.awt.image csomag része. Az Image osztály utódja. Hozzáférhető képadat-puffert tartalmaz, colorModel-ből és képadatok raster-éből áll. A raster sampleModel-jében a sávok számának és típusainak illeszkedniük kell a színt és átlátszó (alpha) komponenseket megadó colorModel által megkívánt számhoz és típusokhoz. A BufferedImage típusú objektumnak van bal felső koordinátája (0, 0), ezért a létrehozásához használt raster-nek kell legyen minX=0 és minY=0 értéke. A BufferedImage osztály a raster fetch és set metódusaira, valamint a colorModel színmódosítási módszereire támaszkodik.

Szöveg képként megjelenítése karakterekkel a konzolon

A kép méretét beállítjuk. A Graphics2D osztály drawString() metódusával String-et képként jeleníthetünk meg. Bár elég „munkás”, de Java-ban gyakran BufferedImage példány létrehozásával oldjuk ezt meg, és a Graphics példányt attól kérjük el. A Graphics2D osztály karakterfüzérek rajzolásakor egyszerű mátrixszerű technikát használ. A String-et kirajzoló mátrixrészek nullától különböző értéket kapnak. A megjelenítendő terület értékét egyszerű adatként, például int-ként kell megadnunk, nem RGB színértékekkel. Ehhez a képtípust int-módba állítottuk: BufferedImage.TYPE_INT_RGB. Az ASCII képek alapötlete az, hogy a képmátrix nem nulla indexeihez hozzárendelt értékeket a kívánt művészi karakterrel helyettesítjük. A nulla értékű mátrixindexeknek szóközt adunk. A nulla integer-módban -16777216-tal egyenlő. Ezután a Java 2D grafika haladó renderelő beállításainak használatához kasztoljuk a Graphics objektumot Graphics2D példánnyá. Majd beállítjuk a kívánt renderelési paramétereket, végül meghívjuk a drawString() metódust egy karakterlánccal.

Íme az elkészült szöveg/képernyőkép:

ASCII Art 3

A karakterek cserélgetésével a pozitív képből könnyen kaphatunk inverz/negatív képet is. A generált/renderelt képet fájlban is tárolhatjuk, például a javax.imageio.ImageIO osztállyal és adott a lehetőség a kép méretének megadására, a rajta megjelenő szöveg betűtípusának beállítására, háttérszín és szövegszín alkalmazására is.

A Java BufferedImage osztály néhány lehetőségének áttekintése után jó szórakozást kívánunk az ASCII képek létrehozásához, a lehetőségek további tanulmányozásához. Aki nem programból szeretne karakterekből/szövegekből felépülő képeket készíteni, használhat online alkalmazásokat is, például az Image to HTML/ASCII-t.

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 21-24. óra: Objektumorientált programozás, 2. rész alkalmához kötődik.

Koch-görbe rajzolása

Koch-görbe

Koch-görbeA Koch-görbe egyike a legrégebben ismert egyszerű fraktáloknak. Mint ilyen, önhasonlóan rekurzív. Az önhasonlóság azt jelenti, hogy az ábra tetszőleges részét felnagyítva mindig hasonló/ugyanolyan részek jelennek meg (a méretaránytól függetlenül). Az n=1 szinten a Koch-görbe kiindulópontja egy szabályos háromszög. A n+1-edik szinten az n-edik szinten található szakaszokat harmadoljuk, és a középső szakasz helyére egy harmad akkora háromszög két szárát illesztjük (az alapját kihagyjuk). Ezt rekurzívan folytatva kapjuk meg a Koch-görbét, másképpen Koch-féle hópelyhet.

Írtam egy egyszerű Java programot, amely n=1-től 9-ig paraméterezhetően kirajzolja a Koch-görbét egy grafikus felületre. Így működik:

Koch-görbe rajzolását bemutató program működése

A program elkészítéséhez néhány alapvető dolgot kell csupán tudni:

  • Vászontechnikával tudunk swing GUI felületre ( Graphics osztályú g objektum) rajzolni, ahol a koordináta-rendszer origója egy téglalap alakú terület bal felső csúcsa, X jobbra növekszik, Y pedig lefelé növekszik.
  • Kétféle szín áll rendelkezésre: háttérszín (most Color.WHITE), illetve rajzolószín (most Color.BLUE).
  • A rajzoláshoz grafikai primitíveket használhatunk, például pont, szakasz, téglalap, ellipszis. Szakaszt két végpontjának koordinátáival tudunk rajzolni a drawLine() metódussal.
  • Be kell állítani a vászon méreteit, azaz annak a komponensnek ( JPanel-ből öröklött KochPanel osztályú pnKoch objektum) a méreteit, amelyre ráfeszül a vászon.
  • Egy Slider osztályú sSzint nevű vezérlőobjektum ChangeListener figyelőinterfész stateChanged() eseménykezelő metódust implementáló objektumával paraméterezzük a rajzolást 1-től 9-ig.
  • A pnKoch objektumnak küldött repaint() üzenet/metódushívás meghívja a felüldefiniált paintComponent() metódust.

A szakasz négy darab harmad akkora szakaszra osztását a megfelelően paraméterezett rekurzív metódushívások oldják meg az alábbi lépéseket követve:

Koch-görbe rajzolásának fázisai

A rekurzív rajzolást a koch() metódus végzi el, ahol a fraktál szabályának megfelelően szakaszharmadolás és a szükséges pontok koordinátáinak (szakaszok végpontjai) kiszámítása történik:

A Koch-görbének van néhány érdekes tulajdonsága:

  • kerülete minden rekurzív lépésben minden határon túl növekszik, azaz a végtelenhez tart,
  • területe véges, hiszen minden rekurzív lépésben belefér a háromszög köré írható körbe,
  • dimenziója tört, ~ 1,261859.

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

A feladat a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 9-12. óra: Metódusok, rekurzió alkalomra építő 29-36. Grafikus felhasználói felület alkalomhoz kötődik.

Optikai csalódások

OptikaiCsalodas0

OptikaiCsalodas0A grafikus felülettel rendelkező Java programok (Swing, FX, webkomponensek, HTML+CSS) fejlesztése során igény adódhat arra, hogy a GUI komponensek saját beépített rajzoló/renderelő képességét felülírjuk/-definiáljuk, hogy egy-egy nyomógomb, menüpont, rádiógomb másképpen nézzen ki. Léteznek beépített rajzoló funkciók is.

Ha például grafikont kell beilleszteni egy alkalmazásba, akkor használjunk és igényeink szerint szabjunk testre egy JFreeChart csomagbeli grafikont, illetve előfordulhat, hogy találhatunk egy olyat a JFreeChart Demo-ban, ami éppen megfelel a megrendelő igényeinek.

Persze a műfaj nem ér itt véget. Időnként kreatívabb ábrák, rajzok, grafikák megjelenítésére is használhatjuk a beépített – általában téglalap alakú – komponenseket. Ehhez egyszerűen csak felül kell írni/definiálni a paint() metódusukat és vászontechnikával, a megszokott képernyős koordináta-rendszerben, grafikai primitíveket (pont, téglalap, ellipszis) és színeket kell megfelelően paraméterezni.

Az optikai csalódások igen népszerűek, és az egyszerűbb fiziológiai és kognitív illúziók könnyen lerajzolhatók a fenti eszköztárral, hiszen csupán színek, alakzatok, kontraszt, távolság, mélység, térhatás segítségével valósulnak meg.

Íme három egyszerű példa, hogyan állítható elő optikai csalódás Java implementációval!

1. példa

Optikai csalódás 1

2. példa

Optikai csalódás 2

3. példa

Optikai csalódás 3

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

Aki ezek után kedvet kapott, keressen hasonló ábrákat és tervezve, kódolva, tesztelve gyakoroljon! Ajánlom ezeket a weboldalakat:

Hasonló feladatok megoldásához a Java SE szoftverfejlesztő tanfolyam szakmai moduljának 29-36. Grafikus felhasználói felület alkalma után bátran hozzá lehet fogni, illetve érintjük még a GUI témakört a Java adatbázis-kezelő tanfolyam 33-40. óra: Grafikus kliensalkalmazás fejlesztése JDBC alapon alkalommal is.

Kígyókocka grafikus felületen

Kígyókocka

KígyókockaA JavaFX grafikus felhasználói felületének és eseménykezelésének megvalósítása némileg eltér más Java GUI implementációk működésétől, például swing vagy Java3D. Főként animációk során hasznos használni. Megközelítése természetesen objektumorientált: a térbeli objektumok koordinátái, viselkedésük, transzformációkkal valósul meg, és azok is objektumok. A korábban elkészített konzolos kígyókocka programot valósítjuk meg most JavaFX GUI-val.

Ez egy két részből álló blog bejegyzés 2. része. A blog bejegyzés 1. része itt található.

A program működése

Kígyókocka JavaFX grafikus felületen

A program megvalósítása

A start() JavaFX életciklust indító eljárás felépíti a createGridUI() függvényt meghívva felhasználói felületet (színpad/jelenet JavaFX-ben), beállítva a méreteket, címsort, és meghívja az eseménykezelésért felelős handleRotateButtons() eljárást.

A createGridUI() függvény a grafikus felhasználói felület elemeit paraméterezi (szerepe szerint Factory metódus). Öt elemből álló rács ( GridPane osztályú grid nevű objektum) készül el, amelyre nyilakat tartalmazó nyomógombok (pl.: Button típusú btLeft objektum) kerülnek fel a négy égtájnak megfelelően, valamint rajta középen helyezkedik el a kígyókocka 3D megjelenítését megvalósító objektum. A nyilak entitásai az Unikód karaktertáblából származnak. A kígyókocka objektumot a meghívott createSnakeCube() függvény hozza létre. A Node osztályú snakeCube nevű objektum geometriai transzformációs objektumot is hozzá kell rendelni: ez most a négyirányú forgatást megvalósítani képes névtelen Rotate osztályú objektum lesz. A forgatást 5 paraméterrel célszerű beállítani (van rá megfelelő túlterhelt konstruktor), ezek rendre: szög, X, Y, Z tengely origója és a forgatás tengelye. Az objektumok tulajdonosi hierarchiája swing-es szemmel nézve szokatlannak tűnik, de szemléletben legalább azonos a Java3D és a JavaFX megvalósítás.

A createSnakeCube() függvény előállítja a színpadra/jelenetbe kikerülő kígyókockát Node osztályú objektumként. A konstans CUBE tömb egységvektor rendszerben tartalmazza a kígyót alkotó kockák középpontjait. Az első ciklus mindezt nagyítást alkalmazva skálázza. A második ciklus koordináta és pont transzformációk alkalmazásával ( moveToMidPoint: eltolás középre, rotateAroundCenter: forgatás a középpont körül) a kiinduló állapotnak megfelelő méretben és pozícióban elhelyezi a kígyó útvonalát mutató hengerobjektumokat. A konstrukciós és transzformációs műveletek esetén alkalmazkodni kell ahhoz, hogy a JavaFX koordinátarendszerben az X jobbra, az Y lefelé, a Z pedig befelé (a nézőponttól távolodva a térben) növekszik. A matematikai hátteret részletesen most nem magyarázzuk el.

A handleRotateButtons() eljárás a forgatás 4 nyíl eseménykezelésének hozzárendelést végzi el. A nyomógomb objektumok setOnAction() hozzárendelő metódusának paramétere EventHandler funkcionális interfésszel és lambda művelettel működik. A forgatás irányát hozzárendeljük a megfelelő nyomógombhoz. Ez még csak végrendelkezés a jövőre: csak definiáljuk, hogy minek kell majd történnie, ha bekövetkezik az esemény (valamelyik nyílra/nyomógombra kattint a felhasználó).

A rotateSnake() eljárás minden nyíl feliratú nyomógombra kattintva reagál a bekövetkezett eseményre. A rotateAxis objektum a forgatás tengelye, a paraméterként átvett direction enum-tól függ, szinkronban azzal a nyomógombbal, amelyikre kattintott a felhasználó.

Ötletek a továbbfejlesztésre

  • Lehetne többféle irány is, például a négy sarokba átlós vagy mélységi irányú elforgatással.
  • Beépülhetne többféle transzformáció is, például skálázás (kicsinyítés, nagyítás), eltolás (közelítés, távolítás).
  • A kígyó útvonalát mutató hengerobjektumok kirajzolásának sorrendjén lehetne változtatni, mert a megjelenítés nem tökéletes. Jelenleg néhány helyzetben lehetetlennek, Escher lehetetlen konstrukcióihoz hasonlónak tűnhet a kígyókocka. Ha a tér mélységéből a nézőpont felé közeledve rajzolnánk ki a hengerobjektumokat, akkor a 3D látvány nem sérülne.

Tanfolyamainkon JavaFX grafikus felülettel hangsúlyosan nem foglalkozunk, de egy-egy kész forráskódot közösen megbeszélünk, és össze is hasonlítjuk a swing-es változattal. Fejlesztünk játékprogramot, de inkább konzolosan, vagy swing-es ablakban, vagy webes alkalmazásként.

A grafikus felületek felépítésének megismerése fontos lépcső az objektumorientált programozás elmélyítéséhez, gyakorlásához. A grafikus felületekhez egy másik lényeges szemléletváltás is kapcsolódik, hiszen a korábbi algoritmusvezérelt megközelítést felváltja az eseményvezérelt (eseménykezelés).

Tudatosan hangsúlyozott MVC-s projektben megoldva a feladatot, a modell rétegben tárolhatnánk többféle kígyókocka megjelenítéséhez és animációjához szükséges adatszerkezetet és transzformációs objektumokat/metódusokat is és a nézet/vezérlő rétegekben biztosíthatnánk ezek közül a kijelölést/kiválasztást menüvel, ikonokkal, eszköztárral, gyorsbillentyűkkel.

A bejegyzéshez tartozó teljes forráskódot ILIAS e-learning tananyagban tesszük elérhetővé tanfolyamaink résztvevői számára.

Tanfolyamaink orientáló moduljának 9-12. óra: Mesterséges intelligencia alkalmához kapcsolódóan a kígyókocka véletlenszerű előállítása helyett stratégiával rendelkező visszalépéses algoritmust specifikálhatunk és implementálhatunk.

Ez egy két részből álló blog bejegyzés 2. része. A blog bejegyzés 1. része itt található.