CC BY
29УДК 004
Информационные технологии
Корягин Сергей Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладные информационные технологии», Российский Технологический
Университет МИРЭА Рябов Константин Андреевич, студент кафедры «Прикладные информационные технологии», Российский Технологический Университет
МИРЭА
ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ВЕКТОРНОЙ ГРАФИКИ
Аннотация: В данной статье предлагаются к рассмотрению проблемно-ориентированные языки программирования векторной-графики. С помощью этих языков можно создавать, хранить и редактировать изображения. Предоставлен сравнительный анализ существующих решений и их критическая оценка. На основе проведенного анализа сформированы требования к разрабатываемому проблемно-ориентированному языку и соответствующее ему транслирующее средство. Описание исследуемого объекта предлагается в виде набора команд аффинных преобразований. Даются формальное описание проблемно-ориентированного языка и примеры его использования.
Ключевые слова: проблемно-ориентированные языки
программирования, векторная графика, аффинные преобразования, форма Бэкуса-Наура.
Abstract: In this article, problem-oriented programming languages of vector graphics are proposed for consideration. You can use these languages to create, store, and edit images. A comparative analysis of existing solutions and their critical evaluation is provided. Based on the analysis, the requirements for the developed problem-oriented language and the corresponding translation tool are formed. The
description of the object under study is proposed in the form of a set of affine transformation commands. A formal description of the problem-oriented language and examples of its use are given.
Keywords: problem-oriented programming languages, vector graphics, affine transformations, Backus-Naur form.
Введение. С появлением вычислительной техники создано великое множество языков программирования. Из года в год, разрабатывая новые конструкции, внедряя их в прошлые наработки, появляются более гибкие и удобные средства человеко-машинного взаимодействия. Каждый язык имеет свои достоинства и недостатки (скорость выполнения, объем занимаемой памяти, соответствие/несоответствие решению конкретных задач), что и является предпосылкой для дальнейшего развития языков.
Одним из подобного рода специальных направлений являются языки программирования векторной графики [1; 2; 5]. Они рассматриваются как проблемно-ориентированные или узкоспециализированные, главной задачей которых является работа с векторными изображениями любой сложности. Такие изображения, по сравнению с растровыми, могут масштабироваться без потерь и занимать значительно меньше памяти.
Редакторы векторной графики представляют собой набор инструментов, упрощающий процесс рисования. С помощью редакторов можно вращать, перемещать, отражать, растягивать, выполнять основные аффинные преобразования над объектами, изменять их порядок и комбинировать примитивные в более сложные объекты.
Работа с таким программным обеспечением выполняется с помощью мыши, графического планшета или клавиатуры. Последний подход встречается чаще.
Обзор реализованных решений. С помощью рассматриваемых различных языков описания векторной графики можно создавать, хранить и редактировать векторные изображения [6].
Одним из таких инструментов является язык описания страниц PostScript (PS) [7; 8], который в основном используется в издательских системах. В 1982 году Adobe разработал его для использования в принтерах как альтернатива растровым изображениям. Он реализован в виде небольшой серии текстовых команд, способной создавать простые двумерные изображения. Однако этот язык имеет свои недостатки:
a) для каждой платформы необходимо писать свой PostScript из-за различающихся параметров вывода;
b) язык считается нестабильным;
c) в некоторых случаях при изменении разрешения изображения возможно искажение формы контура кривой Безье;
d) наблюдается избыточность за счет хранения невидимых частей изображения.
На сегодняшний день наблюдается распространение современной версии этого языка - Encapsulated PostScript (EPS).
В 1986 году вышел в свет популярный инструмент gnuplot [3] для визуализации разных видов как двухмерных, так и трехмерных графиков. Это свободная и кроссплатформенная утилита, обладающая собственной системой команд и способная работать интерактивно (в режиме командной строки) или выполнять скрипты, читаемые из файлов.
В 1998 году был разработан язык векторной разметки (Vector Markup Language - VML) [4] и представлен компаниями Microsoft, AutoDesk, HewlettPackard и Macromedia. Написанные на нем объекты помещаются внутрь Web-страниц, среди обычного HTML-кода. Фигуры VML при этом являются такими же объектами для скриптовых языков типа JavaScript, как и объекты HTML, таким образом, их можно динамически модифицировать, а также можно значительно уменьшить код страницы, заменяя объекты тегами VML. Несмотря на то, что этот язык представляется довольно удобным, мощным и безопасным, он не получил широкого распространения.
С 1999 года консорциумом Всемирной паутины (World Wide Web Consortium - W3C) был создан язык разметки масштабируемой векторной графики (Scalable Vector Graphics - SVG) [6; 9]. Он предназначен для описания двумерной векторной и смешанной векторной/растровой графики в формате XML и поддерживает как неподвижную, так и анимированную интерактивную графику. Этот формат очень хорошо зарекомендовал себя в виду хорошей читаемости, масштабируемости, совместимости с таблицей стилей CSS, а также способности сохранения текста (с возможностью дальнейшего редактирования). Данный вариант языка включает в себя все преимущества XML (но, к сожалению, и недостатки).
Постановка задачи. Исходя из представленных выше преимуществ и недостатков рассмотренных средств, можно перечислить следующие важные качества проблемно-ориентированного языка описания векторной графики:
- простота и интуитивность описания изображения
- интерфейс, ориентированный на пользователя-непрограммиста,
- возможность динамической модификации изображений
Приняв за основу эти качества, можно поставить задачу разработки проблемно-ориентированного языка для описания векторной графики. Отличительной особенностью этого языка является возможность выполнять слияние и отсечение контуров фигур.
Форма Бэкуса-Наура проблемно-ориентированного языка Язык = операция. операция операция = [выполнение! определение] ";"
выполнение = ["draw" "(" n4(figure!pomt)..n4(figure!pomt) ")"]!["rotate" "(" переменная "," m(num) ")"]
определение = </ тип /> переменная "=" ПЧ(тип) тип = "var"!"num"!"figure"!"point"!"color"!"vector" ПЧ = </"-"/> блок зн1.. блок зн1 = "+"!"-"
блок = объект зн2.. объект
зн1 = "*"!"/"
объект = переменная ! фигура ! точка ! вектор ! цвет ! число ! ["(" ПЧ
переменная = буква </символ..символ/> символ = буква ! цифра
точка = "(" Ü4(num) "," Ü4(num) ")" </индекс/> вектор = "[" Ü4(num) "," ПЧ(num) "]" </индекс/>
фигура = "{" Ü4(point)","..n4(point) "}" [</индекс/>!параметр фигуры] параметр фигуры = [["FülColor"!"DotColor!"StrokeColor"] </параметр цвета/>] ! "StrokeColor" ! "DotRadius"
параметр цвета = "Red" ! "Green" ! "Blue" ! "Alpha"
цвет = "[" Ü4(num) "," Ü4(num) "," Ü4(num) </ "," Ü4(num) /> "]"
индекс = "[" Ü4(num) "]"
число = цел.ч </ "." цел.ч. />
цел.ч. = цифра..цифра
буква = "а"!..!"я"!"А"!..!"Я"!"а"!..!'У! "A"!..!"Z" цифра = "0"!..!"9"
Каждая операция, разделяемая символом «;», может либо объявлять и присваивать новые значения объектам, либо рисовать и поворачивать выбранные объекты. Объекты в данном языке могут иметь один из пяти типов данных: число, точка, вектор, фигура и цвет. При их объявлении можно также использовать динамическую типизацию с «^г». Язык обладает минимальным математическим аппаратом, состоящим из аддитивных и мультипликативных функций.
Пример 1 - «рас-тап» (рисунок 1). В начале строится квадрат, у которого есть повернутая и масштабированная копия. Потом оригинальная фигура масштабируется и получает смещение по заданному вектору. К ней добавляются 4 точки, образуя восьмиугольник. Из полученного отсекается
раннее полученная копия на заданном смещении. Конечная фигура отображается на экран.
i 9 Vecto.. - □ X
figure f = {(50,50),(100,50),(100,100),(50,100)}; // инициализация фигуры
var fl = f*4; // создание увеличенной в 4 раза копии rotata(fl,45); // поворот копии на 45 градусов по часовой стрелка fl = fl/[l,1.5]; // фигура немного "сплющиваем"
f = 4*f+[120,150]; f = f+(190,80)+(50,220)+(340,220)4(190,370); //добавление точек
f = f-(fl+[250,150]); // вырежем из фигуры f фигуру fl / X
draw(f); Л "С
v>
Рисунок 1. Пример 1
Пример 2 - «радостное солнышко» (рисунок 2). В начале строится квадрат. Он увеличивается в 4 раза и смещается на заданный вектор. Потом к квадрату добавляются еще 4 точки, получая восьмиугольник. Далее эта фигура объединяется с повернутой на 20 градусов копией, образуя «шероховатый» круг. После этого отдельно строятся «глаза» к этому кругу, представляющие собой треугольники, и «рот». Далее назначаются параметры отображения ранее полученных фигур. Конечный результат визуализируется на экран.
Рисунок 2. Пример 2
В предлагаемом проблемно-ориентированном языке выполняется диагностика до первой ошибки. Сообщение об ошибке включает указание места возникновения этой ошибки и перечисление возможных вариантов. Для вычислительной части предусмотрено дерево разбора (рисунок 3).
Рисунок 3. Дерево разбора (1й слой - тип левого операнда, 2й - операция, 3й - тип правого
операнда, 4й - ожидаемый тип результата)
Примеры диагностики:
'Л/
Ц добавление точек в фигуру f f = f+(190,80)+(50,220)+(340,220}*(190,370);
var f 1 = f rotate (fl f = f + f U
Нельзя перемножать 'point' с 'point'. Ожидаемые типы объектов:
- Vector'
- 'num'.
со во
figure о =■
о = (о+(( возможно ожидался индексируемый элемент
объекта типа 'num', который вызывается добавлением figure m конструкции '[ num ]' после ')' или другой знак *[3,0.5] операции, такой как '+' или перед "С
}
Ц поменяем цвета рисунка
f — Г1 1 П1-
Рисунок 4. Пример диагностики 1
// поменяем цвета рисунка
f attribute = [1,1,0];
анЛ|уЛГЛ|Ли Г -i Л Л Л -1 1.
у фигур нет такого параметра 'attribute'.
Возможные варианты:
- 'FillColor'
- 'StrokeColor'
- 'DotColor'
- 'StrokeWidth'
- 'DotRadius'
// отрисовка полученных фигур на холсте
1 /г \
Рисунок 5. Пример диагностики 2
о StrokeColor Alpha = 0.2; m DotRadius = 0; m FillColor| = 0.7;
нельзя преобразовать "numr в 'color".
Над типом 'color' нельзя проводить вычисления, его
можно только объявить.
draw(f,o,m);
Рисунок 6. Пример диагностики 3
m StrokeColor Alpha = 0.2; m StrokeWidth saddsad = 10;
после слова 'StrokeWidt...' должен быть знак г
draw(f,o,rrO;
Рисунок 7. Пример диагностики 4
Выводы. В результате проведенных исследований были разработаны проблемно-ориентированный язык программирования и специализированное интерпретирующее средство, соответствующее этому языку. В нем реализованы базовые функции, способные сформировать изображение. В дальнейшем в этот язык можно добавлять новый функционал, а также провести некоторые оптимизационные работы.
Библиографический список:
1. P. Hudak. Modular Domain Specific Languages and Tools // Proceedings. Fifth International Conference on Software Reuse (Victoria, BC, Canada, Canada, 5-5 June 1998) - IEEE, 1998. - pp. 134-142.
2. W. Taha. Domain-Specific Languages // Proceedings. IFIP TC 2 Working Conference, DSL 2009 (Oxford, UK, July 15-17, 2009) - Berlin, Germany, 2009. - 411 p.
3. gnuplot [Электронный ресурс]. URL: http://www.gnuplot.info/.
4. Vector Markup Language (VML) [Электронный ресурс]. 1998 г. URL: https: //www.w3 .org/TR/NOTE-VML
5. М. Фаулер. Проблемно-ориентированные языки - Addison-Wesley Professional, 2010. - 640 стр.
6. Кариев Ч. А. Курс: Масштабируемая векторная графика [Электронный ресурс] // ИНТУИТ. 2007 г. URL: https: //intuit. ru/studies/courses/1063/210/info.
7. Проект: интерпретатор языка PostScript для 2D графики [Электронный ресурс]. URL: https://ps-group.github.io/compilers/project_postscript.
8. Моисеев А. POSTSCRIPT УМЕР ДА ЗДРАВСТВУЕТ PDF?! [Электронный ресурс] // журнал «Publish». 2001 г. URL: https://www.publish.ru/articles/200102_4043043.
9. SVG — учебное руководство [Электронный ресурс]. URL: https://developer.mozilla.org/ru/docs/Web/SVG/Tutorial.
