В учебнике HtDP, посвященному программированию на языке Scheme (Lisp) в среде drRacket, особое внимание уделяется вопросам, касающимся работы с изображениями и анимацией. Поводом написать данную статью послужили мои попытки разобрать примеры, изложенные в этом учебнике.
drRacket можно скачать с сайта.
Вводная часть учебника содержит описание функции empty-scene, предназначенной для работы с изображениями. Например, эта программа создает пустую сцену
#lang racket
(require 2htdp/image) ;библиотека для работы с изображениями
(empty-scene 100 60) ;сцена (канвас) размером 100х60
А эта помещает на сцену зеленый круг.
#lang racket
(require 2htdp/image)
(place-image (circle 5 "solid" "green") ;поместить изображение
50 80 ;координаты изображения
(empty-scene 100 100)) ;пустая сцена (канвас)
Для создания анимации используется функция animate. Следующая программа создает анимацию (движение объекта).
#lang racket
(require 2htdp/image) ;библиотека для работы с изображением
(require 2htdp/universe) ;библиотека для работы с анимацией
(define (picture-of-circle height)
(place-image (circle 5 "solid" "green") 50 height (empty-scene 100 60)))
(animate picture-of-circle)
1. Функция animate запускает таймер и посчитывает количество тактов.
2. Таймер срабатывает 28 раз в секунду.
3. Каждый раз, когда таймер «тикает», animane отправляет в picture-of-circle текущий такт; и
4. сцена отображается на канвасе.
Это означает, что круг сначала появляется в кооринате 0, затем 1, затем 2 и т. д. Поэтому круг опускается сверху вниз. Т.е. эта программа за 3,5 секунд создает около 100 изображений, что и позволяет создать эффект движения.
Кстати, в этой статье обсуждается вопрос объектного программирования на языке Scheme.
В первой части учебника приводится описание функции big-bang, а все программы, использующие big-bang, называются в дальнейшем world-программами. Эта программа рисует красный квадрат 100х100 (Параграф 2.5).
#lang racket
(require 2htdp/image)
(require 2htdp/universe)
(define (number->square s)
(square s "solid" "red"))
(big-bang 100 [to-draw number->square])
Если изменить значение параметра, функция нарисует квадрат другого размера.
(big-bang 50 [to-draw number->square]) ; квадрат 50х50
(big-bang 100 [to-draw number->square]) ; квадрат 100х100
(big-bang 150 [to-draw number->square]) ; квадрат 150х150
Чтобы в общих чертах описать функцию big-bang, надо рассмотреть алгоритм
реализации функций CONS,CAR,CDR из учебника SICP.
(define (f-cons x y)
(define (dispatch m)
(cond ((= m 0) x)
((= m 1) y)
(else (error "Аргумент не 0 или 1 -- CONS" m))))
dispatch)
(define (f-car z) (z 0))
(define (f-cdr z) (z 1))
Проверим результат работы этих функций.
(define a 1)
(define b 2)
(display (f-car (f-cons a b))) ; получаем 1
(display (f-cdr (f-cons a b))) ; получаем 2
Создадим функцию f-cr:
(define (f-cr x y) (y x))
Теперь функция f-cr может передавать любые значения.
По аналогии создадим функцию big-bang-1:
(define (big-bang-1 x y) (y x))
и функцию to-draw-1, инкапсулирующую render-1:
(define (to-draw-1 x)
(define (render-1 y)
(place-image (x y) y y (empty-scene (* 2 y) (* 2 y)))
) render-1)
Реализуем алгоритм передачи параметров (значений):
Далее в учебнике рассматривается конструкция вида:
(big-bang cw0
[on-tick tock]
[on-key ke-h]
[on-mouse me-h]
[to-draw render]
[stop-when end?]
...)
которая позволяет обрабатывать нажатие клавиш, таймер, координаты движения объекта. Далее (Figure 13) приведен листинг программы, использующей эту конструкцию.
(define BACKGROUND (empty-scene 100 100))
(define DOT (circle 3 "solid" "red"))
(define (main y)
(big-bang y
[on-tick sub1]
[stop-when zero?]
[to-draw place-dot-at]
[on-key stop]))
(define (place-dot-at y)
(place-image DOT 50 y BACKGROUND))
(define (stop y ke) 0)
Запустить программу можно в режиме «Начинающий студент» (Верхнее меню → Язык → Выбрать язык… → Начинающий студент), добавив пакеты (Верхнее меню → Язык → Добавить учебный пакет...) для работы с изображениями (image.rkt) и анимацией (universe.rkt).
Параграф 3 называется «Как проектировать программы» (How to Design Programs). Здесь автор говорит о том, что программы представляют информацию в виде данных. Действительно, числа могут представлять из себя как количество тактов, отсчитываемых таймером, так и координаты объекта, его цвет, размер и т.п. Далее программа должна преобразовать данные обратно в информацию.
На рис. 14 изображена диаграмма, иллюстрирующая эту идею.
Параграф 3.5 (On Testing) посвящен разработке с помощью тестов.
Параграф 3.6 посвящен проектированию world-программ. На рисунке 17 представлена упрощенная схема библиотеки 2htdp/universe.
Автор пишет, что существует 3 основных шага по созданию big-bang-программ (параграф 3.7):
1. Для всех величин, которые остаются неизменными, надо создать константы.
a. «Физические» константы привязаны к таким атрибутам объекта, как скорость, цвет,
ширина, высота и т.д.
(define WHEEL-RADIUS 5)
b. «Графические» константы.
(define WHEEL
(circle WHEEL-RADIUS «solid» «black»))
2. Те свойства, которые изменяются с течением времени в ответ на нажатие клавиш,
таймер и т.д. надо представить в виде состояний объекта управления.
3. При получении набора состояний всех объектов, надо вызвать big-bang для отображения этих объектов. Далее читателям предлагается сделать упражнения, в которых необходимо использовать функцию big-bang.
В параграфе 4.3 обсуждается вопрос обработки событий, генерируемых клавиатурой и мышкой. На рис. 20 представлена условная конструкция, обрабатывающая клавиши «left» и «right».
(define (keh p k)
(cond
[(string=? "left" k)
(- p 5)]
[(string=? "right" k)
(+ p 5)]
[else p]))
Добавлю, что если также необходимо обрабатывать клавиши «up» и «down», то координаты объекта следует хранить в списке:
(define coord-xy (list 50 50) ) ; x=50 ; y=50
и передавать этот список в big-bang:
(big-bang coord-xy
[to-draw place-dot-at]
[on-key keh])
функция place-dot-at «разбирает» список на части:
(define (place-dot-at xy )
(place-image DOT (car xy) (cdr xy) MTS)) ; (car(cdr xy))
а функция keh «разбирает» список, изменяет одну из координат, и собирает обратно:
(list (-(car p)5) (cdr p) ) ; (car (cdr p))
Далее предлагается разработать программу-светофор.
(check-expect (traffic-light-next "red") "green")
(define (traffic-light-next s)
(cond
[(string=? "red" s) "green"]
[(string=? "green" s) "yellow"]
[(string=? "yellow" s) "red"]))
Добавлю, что светофор переключается очень быстро (каждый такт). Чтобы этого избежать, надо изменить время срабатывания таймера.
[on-tick traffic-light-next rate-expr]
Теперь таймер будет срабатывать каждые rate-expr секунд (on-tick tick-expr rate-expr).
Также в тексте дана ссылка на страницу с world-программами. Запустить программы можно в режиме «Начинающий студент», добавив необходимые пакеты.
Параграф 5 (Adding Structure) содержит определение структур данных (Пример)
#lang racket
(define-struct posn (x y))
(define a (make-posn 10 34))
(posn-x a)
(posn-y a)
(posn? (posn 10 34))
В параграфе 5.4 автор дает определение структуры. Он пишет, что структура, фактически, определяет другие функции. В частности:
1. Конструктор, который создает экземпляр структуры.
2. Селектор, который имеет доступ к полям экземпляра структуры.
3. Структурный предикат, который, подобно обычным предикатам, проверяет,
является ли аргумент экземпляром структуры.
make-posn — это конструктор
posn-x и posn-y — селекторы
posn? — предикат
Подробнее об этом написано в Документации (Structures)
Параграф 5.5. Программу из упражнения 71 предлагается запустить по-шагам (step-by-step) в отладчике. Запускать надо в режиме «Начинающий студент», добавив учебные пакеты.
В параграфе 5.6 автор делает поэтапное описание программы для покадровой анимации (перемещение объекта вдоль одной из осей). Теперь в программе используются структуры для определения координат объекта.
В параграфе 5.11 приводится пример обработки изображения.
В параграфе 6.1 делается поэтапное описание игры Space invanders.
В параграфе 6.2 предлагается дополнить программу из параграфа 4.3 (светофор).
В параграфе 7 автор подводит некие итоги и делится с читателями своими размышлениями о том, какими навыками должен обладать хороший программист.
Автор: demser
