Kierroksen 5 purku

Toiseksi viimeisen tapaamisemme alussa käsittelimme kuvan varsinaisesti piirtämiseen liittyviä aiheita. Olimme jälleen kahden viikon ajan keränneet informaatiota erinäisistä asioista, ja tässä ovat lopputulokset tiivistettyinä:

Animaatio:

Animaatiot ovat käytännössä peräkkäin näytetty sarja kuvia, joita tarpeeksi nopeasti vaihtamalla saadaan ihmiselle luotua illuusio liikkeestä. Usein sanotaan, että kuvia on tietty määrä sekunnissa (frames per second), ja sen avulla voidaan hieman vertailla animaatioiden sulavuutta. Toteutustapoja on Scalassa useita, mutta yksinkertaisinta lienee päivittää näytölle piirrettävien Image-olioiden kuvaa tarvittaessa. Siinä on kuitenkin lukuisia puutteita – uudelleenpiirrettäessä ei voida suorittaa muuta ohjelmakoodia, animaation ajoitus oikeaan aikaan on vaivalloisempaa ja etenkin pelien toteuttaminen näin on ongelmallista.

Monella tapaa parempi ratkaisu olisi hyödyntää säikeitä. Luomalla Thread -olio ja jättämällä animaatioiden ylläpitäminen täysin sen huoleksi, saadaan ajoitus paljon helpommin toteutettua, samanaikaisesti suoritettua muiden objektien ohjelmakoodia sekä renderöidä kuvaa efekteillä haluttaessa. Kuitenkin sykronointi pääohjelman koodin suorittamisen vaiheiden kanssa voi olla erittäin olennaista tällä tavoin.

Canvasia käyttävä Graphics2D on hidas, kun piirrettäviä kuvaolioita on paljon. OpenGL on nopeampi monissa tilanteissa, ja muut menetelmät voivat olla tilanteesta riippuen vielä nopeampiakin. Tämä tuskin tulee kuitenkaan ongelmaksi, ellei luoda ohjelmia esimerkiksi puhelimille tms.

2D-grafiikka Scalassa

Scalassa ei ole natiiveja grafiisia ominaisuuksia, vaan kaikki piirtämistoiminnot tulevat suoraan Javan kirjastoista. Abstract Window Toolkit eli AWT ja Swing ovat Javan kaksi 2D-grafiikan kannalta erittäin olennaista pakettia. Niissä on paljon samanlaisia piirto-ominaisuuksia ja ne osittain käyttävät samoja luokkiakin, mutta erittäin olennainen ero tulee käyttöliittymän suunnittelun kanssa.

AWT ottaa käyttöliittymän ikkunaelementtien tyylit suoraan käyttöjärjestelmän omista tyyleistä, kun taas Swing piirtää ikkunaelementit omista tyyleistään. Muun muassa ongelmia aiheuttaa AWTia käyttävien ohjelmien porttaus, sillä eri käyttöjärjestelmissä ikkunaelementit voivat näyttää hyvinkin erilaisilta. Swingillä tehdyt ohjelmat sen sijaan näyttävät huomattavasti yhtenäisemmiltä eri käyttöjärjestelmien välillä. Tästä on etua, sillä ikkunaelementtien tyyli sisältää informaatiota mm. siitä, minkä kokoisia ja näköisiä erilaiset napit ja valikot ovat. Jos ero on kovin suuri, voi tarkkaan suunniteltu käyttöliittymä näyttää huonolta tai jopa aiheuttaa hankaluuksia muilla tietokoneilla käytettäessä.

Swing

Swing on Scalan peruskirjasto, jonka avulla on helppo rakentaa monenlaisia käyttöliittymiä. Sen luokat sisältävät määrittelyjä ja metodeja mm. nappuloiden, tekstikenttien, valikoiden ja valintalaatikoiden luomiseen ja käyttöön. Nämä käyttöliittymäelementit sitten jaetaan paneeleihin, joilla voidaan tarkemmin valikoida niiden sijaintia ruudulla.

Ne osaavat myös kuunnella erilaisia inputin tapahtumia, kuten hiirellä klikkausta tai näppäimistön käyttöä, ja heittävät tiedon käyttäjän tekemistä asioista tapahtumakuuntelijalle. Kuuntelija sitten suorittaa erilaisia metodeja riippuen siitä, mitä tapahtui ja missä. Tällä tavoin saadaan esimerkiksi toimintoja käyttöliittymässä olevaa nappia painettaessa.

OpenGL ja renderöinti

Open Graphics Library, eli OpenGL on ohjelmistorajapinta, joka sisältää lukuisan määrän funktioita 2D- ja 3D-grafiikan luomiselle. Se on käyttäjästä ja käyttöjärjestelmästä riippumaton, sillä OpenGL-funktiot pelkästään käsittelevät kuvien tehokasta renderöintiä. Puhtaasti grafiikkaa käsittelevänä kirjastona OpenGL:n avulla ei siis pysty hoitamaan esimerkiksi standardien mukaisten ikkunakomponenttien tekoa, elementtien kuuntelemista tai muita vastaavia toimintoja. Vaihtoehtoisia rajapintoja on myös; pienempiä kuvien renderöintiin pureutuvia kirjastoja on lukuisia, ja eräs olennainen kilpailija on Microsoftin DirectX.

Renderöinti on kuvadatan luomista aiemman datan avulla, noudattaen tietynlaista mallia. 3D-grafiikan yhteydessä termillä viitataan mm. realististen valoefektien kirkkauksien laskemiseen. Videoiden renderöinnissä voidaan kuvasarjan jokaiseen kuvaan lisätä jonkinlainen efekti erilaisten filttereiden avulla, jotta saadaan esimerkiksi kuvasta terävämpää tai poistettua epähaluttuja asioita siististi. Esimerkiksi pelien yhteydessä reaaliaikaisesti useita kuvia peräjälkeen renderöidessä joudutaan säästelemään efektien hienoudesta, sillä aikaa yksittäisen kuvan luomiseen saattaa olla vain sekunnin murto-osa.

– Esa Koskinen

Advertisements

Tehtävä 5 – Tietokonegrafiikka ja vuorovaikutus (Sokoban)

Kurssin viidennen kierroksen harjoitustyön aiheena oli ohjelmoida yksinkertaistettu versio klassikoksi muodostuneesta Sokoban-ongelmanratkaisupelistä. Sokobanissa pelaaja siirtelee laatikoita tai muita vastaavia esteitä ennalta määrättyihin paikkoihin, ja pelin läpäistäkseen pelaajan on saatava siirrettyä kaikki laatikot merkityille paikoille. Pelin osatehtävien ratkaisemiseksi pelaajan täytyy aina miettiä, millaisia seurauksia tietyn esteen siirtämisellä on jatkoa ajatellen.

Scala-muotoinen ohjelmointitehtävämme oli tosiaankin karsittu versio alkuperäisestä esikuvastaan, sillä meidän versiossamme pelin osatehtävien läpäisemiseksi riitti ainoastaan esteiden siirteleminen pois kulkuväylältä siten, että pelaaja pääse maaliin. Tämän kertainen koodaustehtävä oli täysin erilainen kuin edellisen kierroksen kuvasuotimien kanssa puuhastelu. Kuvakoodauksen jäljiltä minulla, jolla ei ennen Otaniemeen ja Tikille tuloa ollut mitään aikaisempaa kokemusta ohjelmoinnista, oli varsin kaksijakoiset tuntemukset ohjelmoinnista. Toisaalta oli onnistunut fiilis, kun olin saanut aluksi ylipääsemättömän vaikealta tuntuneen tehtävän kunnialla tehtyä. Toisaalta oli vähän sekavat tuntemukset siitä, että tälläistako ohjelmointi sitten ylipäätänsä tulee olemaan, sekavaa ja raskasta. Onneksi tämän viidennen kierroksen Sokoban oli lähempänä sitä, mitä olin ehkä jonkin verran ohjelmoinnilta odottanutkin, vaikka sisältyyhän koodaamiseen paljon muutakin kuin graafisten käyttöliittymien parissa työskentelyä.

Tämän kertaisen näpyttelyn tehtävänanto oli jo mielestäni sitä tasoa, jota voisi ohjeistukselta odottaakin; selkeä ja kattava. Lisäksi kierrokseen liittyvän OLO-tapaamisen virike antoi perustietoa piirtämiseen tarkoitetun Graphics2D-luokan käytöstä, jota hyödynnettiin Sokobanin graafisen ilmeen muodostamisessa. Ohjelmointi 1 -kurssilla graafisia käyttöliittymiä oli jo aikaisemmin sivuutettu hiukan, mutta sen enemmin niistä tiedoista ei tässä tehtävässä ollut apua.  Näillä perusteilla ryhdyin tuottamaan tehtävän vaatimaa koodia ja aluksi tehtävä tuntuikin haastavalta,  mutta kun aiheesta sai kunnon otteen ja teki omaa etsivän työtä, alkoi koodia syntyä tasaiseen tahtiin. Tehtävän suorittamisen kannalta varmasti eniten haasteita tuotti siis se, että Scalan Swing-kirjaston oma dokumentaatio ei näin aloittelevan ohjelmoijan näkökulmasta ole se kaikkein selkein ja yksinkertaisin opas. Pulmien ratkaisemiseksi jouduinkin käyttämään huomattavan paljon Googlea apunani, jotta Eclipsen antamista virheviesteistä päästiin eroon. Assareiden antamaa apua ei pidä sitäkään yhtään vähätellä, sillä ilman heitä tämän kurssin suorittamisesta ei yksinkertaisesti tulisi yhtään mitään.  Tehtävä itsessään ei siis loppujen lopuksi ollut edes kovin vaikea, mutta ensikertalaisen alkuhaparoinnit tuottivat aluksi mutkia matkaan eikä tehtävänannon kuvan mukaiselta reaktioltakaan voitu välttyä, mutta onneksi virheet oli helposti löydettävissä ja korjattavissa. Suurimmat ongelmat johtuivatkin siis Swing-kirjaston dokumentaation auttamattomasta köyhyydestä, tai ehkä en vain osannut hyödyntää sen kaikkea potentiaalia.

Tehtävän palauttamisen jälkeen miettiessäni, mitä kierroksesta oli jäänyt käteen, pystyin rehellisesti toteamaan, että aika paljonkin. Opin nimittäin käyttämään Graphics2D:tä ja Scalan Swingiä perustasolla, ja näitähän tullaan hyödyntämään myös kurssin seuraavalla ja samalla myös kurssin päättävällä ohjelmointikierroksella, jossa koodataaan yhteensä kolme pientä peliä ja omien mieltymysten sekä taitojen mukaan myös lisäpelejä.

Tässä vielä lopuksi kuvakaappaus omasta tuotoksestani tältä harjoituskierrokselta. Aikaansaannokseni ei kuitenkaan ole se kaikkein kaunein monipuolisin toteutus, jonka tehtävänannon puitteissa olisi voinut koodata, mutta aikaa on aina rajallinen määrä ja haasteiden tuomat viivästykset syövät sitä yleensä yllättävän paljon. Nyt voin kuitenkin luottavaisin mielin jatkaa kohti finaalikierrosta. 🙂

Kierros 5 - Sokoban


Markus Pajari