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 1. Язык программирования C++: Б. Страуструп. 2. Программирование в C++ Builder 6: А.Я. Архангельский. -М.: изд. "Бином", 2003. 3. Самоучитель C++ Builder: Н.Б. Культин. -СПБ.: БХВ-Петербург, 2004. 4. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на C++: М. Ласло пер. с англ.В. Львова. -М.: изд. "Бином", 1997.