Использование элементов графического интерфейса пользователя.

В состав MatLab входит среда GUIDE для создания приложений с графическим интерфейсом пользователя. Работа в этой среде достаточно проста - элементы управления (кнопки, раскрывающиеся списки и т.д.) размещаются при помощи мыши, а затем программируются события, которые возникают при обращении пользователя к данным элементам управления.

 

Приложение может состоять как из одного основного окна, так и нескольких окон и осуществлять вывод графической и текстовой информации, в основное окно приложения и в отдельные окна. Ряд функций MatLab предназначен для создания стандартных диалоговых окон открытия и сохранения файла, печати, выбора шрифта, окна для ввода данных и др., которыми можно пользоваться в собственных приложениях.

Что необходимо знать для создания приложений с графическим интерфейсом? Во-первых, как программируются файл-функции с подфункциями, файл-функции с переменным числом входных и выходных аргументов. Во-вторых, требуется иметь представление об иерархической структуре и свойствах графических объектов, уметь обращаться с указателями на них. Разумеется, не должна вызывать затруднение работа с числовыми массивами, строками, структурами, ячейками и массивами строк, структур и ячеек, а также использование конструкций встроенного языка программирования.

Приложение с графическим интерфейсом может быть написано и без применения среды GUIDE. В качестве примера, можно привести bspligui, входящее в состав Spline ToolBox. Желающим разобраться в создании приложений без среды GUIDE можно посоветовать запустить приложение bspligui в режиме отладки, проследить за созданием окна приложения, элементов управления и способе обработки событий (достаточно открыть файл bspligui.m, установить точку останова на первую исполняемую строку и запустить приложение). К этому вопросу мы со временем обратимся.

При создании приложений с графическим интерфейсом пользователя будут полезны следующие разделы справочной системы MatLab:

· " MATLAB: Creating Graphical User Interfaces".

· " MATLAB: Functions -- Categorical List: Creating Graphical User Interfaces"

· " MATLAB: Handle Graphics Property Browser" (справочник свойств графических объектов).

· В справочной системе MatLab 7 в разделе " Demo" есть 10-ти минутная демонстрация создания приложения с графическим интерфейсом в среде GUIDE.

В качестве простейшего примера рассмотрим создание в среде GUIDE приложения с кнопкой Hello, нажатие на которую приводит к выводу текста " Hello, World! " в окно приложения.

Создание приложения hello в среде GUIDE

Требуется создать приложение с графическим интерфейсом hello, запуск которого, например из командной строки

> > hello

приводил бы к появлению окна приложения с кнопкой Hello (см. рис 1.a). После нажатия на Hello в окно приложения выводится текст " Hello, World! " (см. рис 1.b).

Рис. 1. Работа приложения hello

Перейдите в среду GUIDE, выполнив команду

> > guide

При этом появляется диалоговое окно GUIDE Quick Start (см. рис. 2). У него две вкладки.

Вкладка Create New GUI (создание нового приложения), которая нам сейчас понадобится. На ней можно выбрать четыре заготовки: Blank GUI (пустое окно приложения), GUI with Uicontrols (заготовка с кнопками, переключателями и областями ввода), GUI with Axes and Menu (заготовка с осями, меню, кнопкой и раскрывающимся списком), Modal Question Dialog (заготовка для модального окна).

Вкладка Open Existing GUI (открытие существующего приложения).

Кроме того, внизу вкладки Create New GUI есть флаг, установка которого позволяет сразу задать имя файла, в котором будет храниться графический интерфейс. Но приложение всегда можно будет сохранить в процессе редактирования, поэтому этот флаг устанавливать не обязательно.

Рис. 2. Диалоговое окно GUIDE Quick Start

Выберите на вкладке Create New GUI строку Blank GUI и нажмите OK. При этом появляется основное окно среды GUIDE, содержащее заготовку для окна приложения, панель инструментов для добавления элементов интерфейса, управляющую панель и меню (см. рис. 3).

Рис. 3. Среда GUIDE с заготовкой для окна приложения

Сначала добавьте кнопку на заготовку окна приложения. Для этого при помощи мыши выберите инструмент Push Button (его пиктограмма содержит кнопку OK, а имя появляется на всплывающей подсказке) и щелчком мыши поместите кнопку на заготовку окна приложения (см. рис. 4)

Рис. 4. Добавление кнопки на заготовку окна приложения

После добавления элемента интерфейса необходимо задать его тег (имя), который будет идентифицировать данный объект среди всех остальных объектов. Тег объекта понадобится для получения и установки его свойств и программирования событий, возникающих при обращении пользователя к элементу управления, например, при нажатии на кнопку.

Для задания тега следует перейти к инспектору свойств. Проще всего это сделать двойным щелчком мыши по добавленной кнопке. При этом появляется окно инспектора свойств (Property Inspector), в котором отображены свойства кнопки (объекта Uicontrol). Найдите в левом столбце таблицы свойство Tag и в области ввода справа от него измените текущее значение pushbutton1 на btnHello и нажмите < Enter>. Всегда лучше давать объектам содержательные теги!

Заметьте, что тег и надпись на кнопке не одно и то же. Сразу же в окне инспектора свойств измените надпись, обратившись к свойству String. Вместо Push Button должно быть Hello.

Наше приложение должно выводить текст. Но текст нельзя просто вывести в графическое окно, поскольку текстовый объект является потомком осей. Мы не будем сейчас размещать оси, а поступим по-другому. Расположите в окне приложения элемент управления - Static Text (статический текст, или область для вывода текста). Для этого воспользуйтесь инструментом Static Text так же, как и при добавлении кнопки (см. рис. 5).

Примечание

При размещении элементов управления следует выбрать соответствующий инструмент и либо щелкнуть мышью по заготовке окна приложения (тогда элемент управления примет стандартный размер), либо нарисовать элемент управления на заготовке окна, удерживая нажатой левую кнопку мыши. Всегда можно изменить размер, выделив элемент управления в заготовке окна при помощи мыши (должен быть включен режим выделения, т.е. выбран соответствующий инструмент Select) и потянув мышью за квадратные маркеры. В режиме выделения можно также перемещать элементы управления по заготовке окна приложения.

Рис. 5. Добавление области вывода текста

Задайте тег txtWin области вывода текста, а ее свойство String установите в пустую строку, просто удалив в инспекторе свойств то значение, которое присваивается по умолчанию.

Обратите внимание, что области вывода текста является графическим объектом Uicontrol, так же, как и кнопка (это написано вверху инспектора свойств). Вид элемента управления, т.е. объекта Uicontrol определяется значением его свойства Style. Для кнопки оно принимает значение 'pushbutton', для области вывода текста 'text'.

Предположим, что наше приложение уже работает. При нажатии пользователем на кнопку Hello возникнет ее событие Callback, которое пока не запрограммировано. Очевидно, что при возникновении события Callback необходимо установить свойство String области вывода текста в значение 'Hello, World! ' и задать цвет и размер шрифта.

Перед программированием события сохраните приложение. Для этого в меню File среды GUIDE выберите пункт Save as, появляется диалоговое окно сохранения файла, в котором выберите папку или создайте новую и задайте имя файла hello (автоматически добавится расширение fig). Обратите внимание, что после сохранения приложения в редакторе M-файлов открылся файл hello.m. По умолчанию, приложение содержится в двух файлах: с расширением fig (графическое окно с размещенными на нем элементами управления) и с расширением m (файл-функция hello с подфункциями, которые обрабатывают различные события, возникающие в ходе взаимодействия приложения с пользователем).

Приступим к программированию события Callback кнопки Hello. Для этого перейдите к заготовке окна приложения и в контекстном меню кнопки выберите в пункте View Callbacks подпункт Callback. При этом происходит переход в редактор M-файлов к подфункции обработки события btnHello_Callback, заголовок которой и комментарии генерируется автоматически:

% --- Executes on button press in btnHello.

function btnHello_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to btnHello (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

После заголовка требуется разместить те операторы, которые будут выполняться при нажатии на кнопку Hello.

Имя файл-функции состоит из тега объекта (btnHello), событие Callback которого будет обрабатываться и названия события Callback (есть и другие события). Смысл ее входных аргументов следующий.

· Аргумент hObject содержит указатель на кнопку Hello, т.е. объект Uicontrol с тегом btnHello (он нам сейчас не понадобится).

· Аргумент eventdata зарезервирован для использования в следующих версиях MatLab.

· Аргумент handles является структурой с указателями на все объекты приложения. Поля структуры handles являются тегами этих объектов. Так handles.btnHello содержит указатель на кнопку Hello, handles.figure1 - указатель на окно приложения, handles.txtWin - указатель на область вывода текста (как раз этот указатель нам сейчас и пригодится).

Приступим теперь к программированию события Callback кнопки Hello. После заголовка подфункции btnHello_Callback разместите операторы, которые изменяют значение свойства String области вывода текста (объекта Uicontrol), устанавливая его в 'Hello, World! ', а также цвета и размера шрифта. За цвет и размер шрифта отвечают свойства ForegroundColor и FontSize объекта Uicontrol. Размер шрифта указывается в единицах измерения, заданных свойством FontUnits (по умолчанию пункты, 1пт=1/72дюйма). Свойства графических объектов задаются при помощи функции set.

Итак, подфункция btnHello_Callback должна выглядеть так (автоматически сгенерированные комментарии убраны):

function btnHello_Callback(hObject, eventdata, handles)

% размещение текста

set(handles.txtWin, 'String', 'Hello, World! ')

% задание красного цвета текста

set(handles.txtWin, 'ForegroundColor', 'r')

% задание размера шрифта 16пт

set(handles.txtWin, 'FontSize', 16)

Теперь приложение hello можно запустить, воспользовавшись кнопкой Run на панели управления среды GUIDE. Перед запуском может появится окно, приведенное на рис. 6, в котором говорится о том, что папка с файлами приложения не является текущей. В этом окне можно либо сделать ее текущей (переключатель Change MATLAB current directory), либо добавить папку в начало пути поиска MATLAB (переключатель Add directory to the top of the MATLAB path), либо в конец пути поиска (переключатель Add directory to the bottom of the MATLAB path). Установите верхний переключатель (как по умолчанию), вряд ли стоит добавлять папку с таким простым приложением в путь поиска. Скорее всего оно не часто будет нужно.

Рис. 6. Диалоговое окно с сообщением о том, что папка с файлами приложения не является текущей.

Нажатие на кнопку Hello в работающем приложении приводит к появлению надписи " Hello, World! " вверху окна. Закройте работающее приложение, нажав на кнопку с крестиком на заголовке окна. Вы снова находитесь в режиме редактирования. Можно добавлять элементы управления на заготовку окна приложения, задавать их теги и другие свойства, программировать события, запускать приложение и смотреть на результат. Например, уменьшите окно приложения в среде GUIDE (как на рис. 1) и запустите приложение снова.

Обратите внимание, что если приложение работает, то его повторный запуск из среды GUIDE не приводит к появлению второго окна приложения. В этом разделе мы обсудили создание простейшего приложения, принимая ряд опций приложения с графическим интерфейсом такими, как по умолчанию предлагает среда GUIDE. Обсуждению этих опций мы посвятим отдельный раздел.

Среда GUIDE предлагает ряд средств, которые облегчают проектирование приложения:

· сетку с возможностью привязки объектов к ней, линейки и линии выравнивания (меню Tools, пункт Grid and Rules);

· инструменты выравнивания объектов (меню Tools, пункт Align Objects или кнопка Align Objects на панели управления среды GUIDE);

В среду GUIDE входят также:

· редактор меню, который позволяет создавать меню приложения и контекстные меню (меню Tools, пункт Menu Editor или кнопка Menu Editor на панели управления среды GUIDE);

· браузер объектов для быстрого перехода к их свойствам (кнопка Object Browser на панели управления среды GUIDE)

· редактор порядка обхода элементов управления клавишей Tab (меню Tools, пункт Tab Order Editor или кнопка Tab Order Editor на панели управления среды GUIDE).

Вызов инспектора свойств происходит не только после двойного щелчка мышью по объекту, но также из контекстного меню объекта, или при помощи кнопки Property Inspector на панели управления среды GUIDE.

Запуск приложения без среды GUIDE и редактирование

Разумеется, созданное в предыдущем разделе приложение hello не требует для запуска среду GUIDE. Закройте окно среды GUIDE (если оно открыто) и перейдите в командное окно MatLab. Убедитесь, что папка с приложением является текущей (она должна быть выбрана в раскрывающемся списке Current Directory рабочей среды MatLab). Если это не так, то сделайте ее текущей, воспользовавшись кнопкой справа от раскрывающегося списка Current Directory, или окном Current Directory.

Для запуска приложения достаточно набрать его имя в командной строке и нажать < Enter>:

> > hello

Приложение можно вызывать не только из командной строки, но и из любого другого приложения, при этом MatLab должен быть способен найти путь к нему, т.е. папка с приложением должна быть текущей, или содержаться в пути поиска MatLab

Для редактирования существующего приложения с графическим интерфейсом пользователя есть два способа:

1. Запустить среду GUIDE командой guide и в появляющемся диалоговом окне GUIDE Quick Start (см. рис. 2 предыдущего раздела) перейти ко вкладке Open Existing GUI и выбрать приложение.

2. Вызвать guide, указав в качестве входного аргумента имя файла с приложением:

> > guide('hello.fig')

При таком способе папка с приложением должна быть текущей, или содержаться в пути поиска MatLab.

Как работает приложение, созданное в среде GUIDE?

Это важный вопрос для тех, кто хочет создавать сложные приложения. Если Ваша цель состоит в написании простых приложений, то достаточно научиться размещать элементы интерфейса и программировать их события в подфункциях так, как описано выше в разделе " Создание приложения hello в среде GUIDE". Простое приложение состоит из одного основного окна, которое содержит различные элементы управления, области вывода текстовой информации и оси. Использование стандартных диалоговых окон облегчает работу с файлами, ввод данных, выбор шрифта, цвета и печать результатов. Однако, если Вы планируете программировать многооконные приложения, то прочтите этот раздел сейчас, или вернитесь к нему по мере надобности/

Обсудим работу приложения с графическим интерфейсом пользователя hello, созданию которого посвящен раздел " Создание приложения hello в среде GUIDE". Перейдите в режим редактирования приложения одним из способов, приведенных в предыдущем разделе, например:

> > guide('hello.fig')

Откройте в редакторе M-файлов файл-функцию hello. Это функция с переменным числом входных и выходных аргументов, ниже она приведена без автоматически созданных комментариев и подфункций.

function varargout = hello(varargin)

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...

'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @hello_OpeningFcn, ...

'gui_OutputFcn', @hello_OutputFcn, ...

'gui_LayoutFcn', [], ...

'gui_Callback', []);

if nargin & & ischar(varargin{1})

gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

 

if nargout

[varargout{1: nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{: });

else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{: });

end

Поставьте точку останова в редакторе M-файлов в строке с первым исполняемым оператором gui_Singleton = 1. Запустите приложение hello, например, из командной строки:

> > hello

и выполните операторы hello по шагам используя F10 (или кнопку Step).

Сначала переменной gui_Singleton присваивается 1, затем формируется структура gui_State с полями:

gui_Name - имя M-файла с работающей в данный момент файл-функцией приложения, которое возвращается функцией mfilename;

gui_Singleton - сколько копий приложения может быть запущено одновременно, в нашем случае это поле содержит 1, это значит, что может быть запущена только одна копия приложения (0 означает, что может быть одновременно запущено несколько копий);

gui_OpeningFcn - указатель на подфункцию hello_OpeningFcn (в файле hello.m), выполняющуюся перед тем, как окно приложения появится на экране;

gui_OutputFcn - указатель на подфункцию hello_OutputFcn (в файле hello.m), которая определяет, что возвращает функция hello, вызванная с выходным аргументом (по умолчанию, указатель на графическое окно приложения);

gui_LayoutFcn - по умолчанию пустой массив, может быть указателем на функцию, которая определяет способ появления приложения.

gui_Callback - пока пустой массив, при возникновении события от некоторого элемента управления будет содержать указатель на функцию hello c необходимыми входными аргументами, которые и определят исполняемую подфункцию в hello.m.

После заполнения структуры gui_State проверяется, была ли функция hello вызвана со входными аргументами (nargin содержит число входных аргументов) и является ли первый из них строкой. При запуске приложения входных аргументов не было. Они появляются при возникновении событий от элементов управления. Действительно, если в инспекторе свойств отобразить свойства кнопки Hello и посмотреть значение ее свойства Callback, то станет понятно, что при возникновении события Callback кнопки вызывается функция hello: hello('btnHello_Callback', gcbo, [], guidata(gcbo)). Тогда в поле gui_Callback структуры gui_State заносится соответствующий указатель при помощи функции str2func.

Примечание

Функция str2func конструирует указатель на функцию, заданную строкой, например:

> > f=str2func('exp')

f =

@exp

Следующий оператор if проверяет, была ли функция hello вызвана со выходными аргументами (nargout содержит число входных аргументов) и вызывает специальную функцию gui_mainfcn от структуры gui_State и входных аргументов hello. При первом вызове входных аргументов не было и gui_mainfcn создаст окно приложения. Последующие вызовы hello со входными аргументами, вызванные возникновением событий от элементов управления, приведут к обращению к соответствующим подфункциям обработки событий в hello.m. Это можно проследить пошаговым выполнением в редакторе M-файлов.

14. Численные методы в среде MATLAB. Преобразования полиномов. Преобразование Фурье.

Полиномиальные преобразования (Polynomial).

При полиномиальных преобразованиях, полиномиальная функция от x и y является детерминированной.

Второй порядок полинома

Для полиномиальных преобразований второго порядка:

[u v]=[1 x y x*y x^2 y^2]*Tinv.

u и v являются полиномами второго порядка от x и y. Каждый полином второго порядка имеет шесть термов. При определении всех коэффициентов размерность Tinv равна 62.

t_poly_ord2=cp2tform(input_points, base_points, 'polynomial').

Коэффициенты инверсных преобразований хранятся в t_poly_ord2.tdata. Для минимальных 6 пар контрольных точек необходимо определить 12 неизвестных коэффициентов.

Третий порядок полинома

Для полиномиальных преобразований третьего порядка:

[u v]=[1 x y x*y x^2 y^2 y*x^2 x*y^2 x^3 y^3]*Tinv.

u и v являются полиномами третьего порядка от x и y. Каждый полином третьего порядка имеет десять термов. При определении всех коэффициентов размерность Tinv равна 102.

t_poly_ord3=cp2tform(input_points, base_points, 'polynomial', 3).

Коэффициенты инверсных преобразований хранятся в t_poly_ord3.tdata. Для минимальных 10 пар контрольных точек необходимо определить 20 неизвестных коэффициентов.

Четвертый порядок полинома

Для полиномиальных преобразований четвертого порядка:

[u v]=[1 x y x*y x^2 y^2 y*x^2 x*y^2 x^3 y^3]*Tinv.

u и v являются полиномами четвертого порядка от x и y. Каждый полином четвертого порядка имеет пятнадцать термов. При определении всех коэффициентов размерность Tinv равна 152.

t_poly_ord4=cp2tform(input_points, base_points, 'polynomial', 4).

Коэффициенты инверсных преобразований хранятся в t_poly_ord4.tdata. Для минимальных 15 пар контрольных точек необходимо определить 30 неизвестных коэффициентов.

Кусочно–линейные преобразования.

При кусочно–линейных преобразованиях линейные аффинные преобразования применяются отдельно к каждому участку изображения [1]. Для этого необходимо:

1. Найти триангуляционную свертку для основных контрольных точек.

2. Использовать три вертикали для каждой триангуляции и вывода аффинных преобразований основных исходных координат.

Локальное взвешенное средние.

Для каждой контрольной точки в in base_points необходимо:

1.Найти N близких контрольных точек.

2.Использовать эти N точек и соответствующие им точки в input_points для вывода полинома второго порядка.

3.Вычислить радиус воздействия этого полинома как расстояние от центра контрольной точки к самой дальней точке, использовав выведенный полином (используя base_points) [2].

Пример:

I=checkerboard;

J=imrotate(I, 30);

base_points=[11 11; 41 71];

input_points=[14 44; 70 81];

cpselect(J, I, input_points, base_points);

t=cp2tform(input_points, base_points, 'linear conformal').

Для обратного получения углов и масштабов:

ss=t.tdata.Tinv(2, 1); %ss=scale*sin(angle);

sc=t.tdata.Tinv(1, 1); % sc=scale*cos(angle);

angle=atan2(ss, sc)*180/pi;

scale=sqrt(ss*ss+sc*sc).

Одномерное дискретное прямое и обратное преобразования Фурье

Синтаксис:

Y = fft(X) X = ifft(Y)

Y = fft(X, n) X = ifft(Y, n)

Описание:

Дискретные прямое и обратное преобразования Фурье для одномерного массива x длины N определяются следующим образом:

Функция Y = fft(X) вычисляет для массива данных X дискретное преобразование Фурье, используя FFT-алгоритм быстрого Фурье-преобразования. Если массив X двумерный, вычисляется дискретное преобразование каждого столбца.

Функция Y = fft(X, n) вычисляет n-точечное дискретное преобразование Фурье. Если length(X) < n, то недостающие строки массива X заполняются нулями; если length(X) > n, то лишние строки удаляются.

Функция X = ifft(Y) вычисляет обратное преобразование Фурье для массива Y.

Функция X = ifft(Y, n) вычисляет n-точечное обратное преобразование Фурье для массива Y.

Примеры:

Основное назначение преобразования Фурье - выделить частоты регулярных составляющих сигнала, зашумленного помехами. Рассмотрим данные, поступающие с частотой 1000 Гц. Сформируем сигнал, содержащий регулярные составляющие с частотами 50 Гц и 120 Гц и случайную аддитивную компоненту с нулевым средним.

t = 0: 0.001: 0.6;

x = sin(2 * pi * 50 * t) + sin(2 * pi * 120 * t);

y = x + 2 * randn(size(t));

plot(y(1: 50)), grid

На рис. а показан этот сигнал. Глядя на него, трудно сказать, каковы частоты его регулярных составляющих. Реализуя одномерное преобразование Фурье этого сигнала на основе 512 точек и построив график спектральной плотности (рис. б), можно выделить две частоты, на которых амплитуда спектра максимальна. Это частоты 120 и 50 Гц.

Y = fft(y, 512);

Pyy = Y.*conj(Y)/512;

f = 1000 * (0: 255)/512;

figure(2), plot(f, Pyy(1: 256)), grid

 

а) б)

Алгоритм:

Если длина последовательности входных данных является степенью числа 2, то применяется алгоритм быстрого преобразования Фурье с основанием 2, имеющий максимальную производительность. Этот алгоритм оптимизирован для работы с действительными данными; если данные комплексные, то реализуется комплексное преобразование Фурье. Эффективность первого на 40 % выше второго.

Если длина входной последовательности не является степенью числа 2, то применяется преобразование со смешанными основаниями, которые определяются как простые множители длины входной последовательности, которая при необходимости подвергается усечению.

Время расчета существенно зависит от значения длины последовательности. Если значение длины точно разлагается на простые множители, то вычисления для такой последовательности выполняются достаточно быстро; если же не все множители оказываются простыми, и даже их будет меньше, то время вычисления существенно возрастает.

Если сравнивать эффективность вычислений, то преобразование Фурье с основанием 2 действительной последовательности из 4096 точек занимает 2.1 с, а комплексной - 3.7 с. Обычное преобразование Фурье для последовательности из 4096 точек занимает 7 с, а для последовательности из 4098 точек - 58 с.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: