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MAL Dokumentation: Grafik

1. EINFÜHRUNG

Eine Auflistung aller zum Themenberich Graphik gehörigen Worte kann unter graphics gefunden werden.

Die Ausgabe von Graphiken erfolgt in zwei Schritten:

1. Zuerst wird am Stack ein Graphikeintrag (kurz: ´Graphik´) zusammengestellt. Ein Graphikeintrag ist meist ein Verbund von graphischen Primitiven, kann aber auch ein einzelnes graphisches Primitiv sein. Verbunde können beliebig geschachtelt werden.
2. Dann wird die Graphik von einem Graphiktreiber auf das gewünschte Graphikgerät ausgegeben. Der Graphiktreiber enthält einen kleinen Interpreter, der den Graphikeintrag Komponente für Komponente abarbeitet, und die entsprechenden Ausgaben auf das Graphikgerät vornimmt.

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2. KOORDINATENWERTE

2.1. 2d-Variante

Jedes Graphikgerät hat ein rechteckiges Zeichenfeld, das sogenannte "Area" vordefiniert (beim Drucker ist es z.B. 16 cm breit und 10 cm hoch, etwa in der Seitenmitte). Das standardmäßige Achsenkreuz (Wort axes) hat genau die Größe des Area-Feldes.

Koordinatenwerte sind stets in Promille der Area-Größe relativ zur linken unteren Ecke anzugeben. Also z.B.:

• 0 0 ... linke untere Ecke des Areas.
• 1000 1000 ... rechte obere Ecke.
• 500 500 ... Mitte
• 1000 0 ... rechte untere Ecke.

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2.2. 3d Variante

Im dreidimensionalen Fall erfolgt stets eine Abbildung von 3d Promille-Werten auf das zweidimensionale Zeichenfeld. Wie diese Abbildung erfolgt, wird mit dem Wort 3d_area eingestellt. Zunächst, also vor dem ersten Aufruf von 3d_area ist die Z-Komponente der Promille-Werte irrelevant, weil eine Parallelprojektion der X/Y-Ebene auf das Zeichenfeld erfolgt. Das heisst, die X- und Y-Koordinaten werden wie im 2d-Fall abgebildet.

Das Wort 3d_area hat zwei Varianten:

Variante 1:
Die einfachere Variante beschreibt, wie der Koordinaten-Ursprung und die drei Spitzen des Koordinatenkreuzes auf die Zeichenebene projiziert werden sollen. Das sind also folgende 4 Punkte im dreidimensionalen Promille-Raum:

x-promille	y-promille	z-promille	X-Zeichenfeld	Y-Zeichenfeld
0	0	0	x1	y1
1000	0	0	x2	y2
0	1000	0	x3	y3
0	0	1000	x4	y4

Das Wort 3d_area kann also mit folgenden Parametern aufgerufen werden:

            x1 y1  x2 y2  x3 y3  x4 y4   ->   graphik

   [ 
   xp1 yp1 zp1 
   xp2 yp2 zp2 
   xp3 yp3 zp3 
   xp4 yp4 zp4 
   ]
   [
   x1 y1
   x2 y2
   x3 y3
   x4 y4 
   ]              ->   graphik

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[ 
"hallo" 70 size [ "hugo" 100 size "groß" ] "mittel" 
] 

• Polygone (eigener Datentyp).
• 3d Polygone (eigener Datentyp).
• Strings und Zahlen (normale MAL-Strings oder Realzahlen).
• Kreise (eigener Datentyp, existieren als gefüllte oder leere Kreise, können aber nicht explizit erzeugt werden).
• Farbumschalter (Realzahl oder Verbund von 3 Zahlen mit dem Namen "color", "fillcolor" oder "text_fillcolor")
• Linienattribute (Realzahl mit dem Namen "thickness" oder "doted")
• Schriftattribute (Realzahl mit dem Namen "size", "text_rotation", "character_spacing", "line_spacing", "italic" oder "text_stretching" ). Beschreibung siehe Kapitel Darstellung von Texten.
• Zeichenfeldgröße-Umschalter (Verbund von 4, 8 oder 20 Zahlen mit dem Namen "area")

Polygone
Polygone sind eigene Typen von Stackeinträgen. Folgende Worte erzeugen ein Polygon:

• polygon (Syntax: [ x1 x2 .. ] [ y1 y2 .. ] -> pol )
• cpolygon (Syntax wie ´polygon´)
• posit (Syntax: x y -> pol )

3d Polygone
Dreidimensionale Polygone werden mit dem Wort 3d_polygon erzeugt.

Syntax:

          x   y   z    ->  graphik

Strings und Zahlen
Strings oder Zahlen werden direkt in die Graphik geschrieben. Die Position ergibt sich durch die Endposition nach Darstellung des Vorgänger-Stackeintrages. Üblicherweise nimmt man das Wort 'posit' Zuhilfe. Die Schriftgröße ist mit 35 vorbesetzt und kann mit dem Wort size verändert werden.

Strings können auch Backspace-Zeichen beinhalten. Die Worte center und rightbound nutzen diese Eigenschaft.

Beispiel:

[ axes
0 1000 posit " Y-Achse"
500 1100 posit 50 size "Kopfzeile" center ]
screen

Kreise
Kreise haben eher untergeordnete Bedeutung. Sie werden nur für Fußabdruck-Graphiken (EMED-Bilder) verwendet. Sie werden zum Beispiel durch das Wort emed_spots erzeugt und enthalten die Parameter Mittelpunkt-x, Mittelpunkt-y und Radius. Ein negativer Radiuswert bewirkt die Darstellung als leerer Kreis.

Will man Kreise oder Ellipsen in einer Graphik dartellen, so verwendet man das Wort ellipse.

Farbumschalter
Farbumschalter werden mit den Worten color, fillcolor oder text_fillcolor erstellt. color stellt die Farbe der Linien und Schriftkonturen ein, fillcolor die Füllfarbe für geschlossene Polygone und text_fillcolor die Füllfarbe von füllbaren Schriftzeichen (z.B. dem Zeichensatz avalon_font). Weiter Details siehe Kapitel Farbverwaltung.

Linienattribute
Das Wort thickness dient zum Einstellen der Linienstärke. Die Angabe erfolgt jeweils in Promille der Höhe des Plot-Areas.

Beispiel:

[ axes
20 thickness [ 0 1000 ] [ 0 1000 ] polygon
50 thickness [ 0 1000 ] [ 1000 0 ] polygon
] screen

Zeichenfeldgröße-Umschalter
Das Wort area stellt die Größe des Zeichenfeldes (des Plot-Areas) ein. Die Angabe bezieht sich immer auf die Größe des aktuell eingestellten Zeichenfeldes und verliert ihre Gültigkeit bei verlassen des Verbundes.

Auf diese Weise ist es möglich die Position und Größe von fertig berechneten Graphiken im Nachhinein zu verstellen, was für das Layout von Graphiken von Bedeutung ist.

Beispiel:

1000 ramp 50 / sin draw >> bild
[
[ 0 600 1000 1000 area bild ]
[ 500 0 1000 500 area bild 500 500 1000 1000 area bild ]
] screen

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4. FARBVERWALTUNG

Das Wort color schaltet die Farbe für nachfolgende Linien und Schriftzeichen um. Sollen Schriftzeichen mit einer anderen Farbe gefüllt werden als der mit color eingestellten, so muss danach das Wort text_fillcolor aufgerufen werden.

Das Wort fillcolor stellt die Füllfarbe für alle nachfolgenden geschlossenen Polygone ein. Ein Polygon gilt als geschlossen, wenn die Koordinaten des Endpunktes gleich jenen des Startpunktes sind.

Farben können in Form einer Farbnummer (= Index in der Farbtabelle), als RGB-Werte (= Verbund mit drei Realzahlen 0..1) oder in Form von Farbverläufen angegeben werden. Für Graphikgeräte, die keine RGB-Farben kennen ist die Angabe von RGB-Werten bzw. Farbverläufen wirkungslos.

Eine negative Farbnummer bewirkt, dass nichts gezeichnet bzw. gefüllt wird.

Die Farbtabelle ist für die Farbnummern 0..15 mit den Farben der ursprünglichen VGA-Graphik und im Nummernbereich 16..31 mit stufenweise heller werdenden Grauwerten vorbesetzt.

Vorbesetzung der Farbtabelle:
: farbe_ausgeben >> nr
nr color nr >string " " & ;


[ 60 size
-200 800 posit 16 ramp each farbe_ausgeben
-200 600 posit 16 ramp 16 + each farbe_ausgeben
] screen

  [ r1 g1 b1  r2 g2 b2 ...   ]

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4.1. Farbverläufe

Anstelle von Farbnummern oder RGB-Farben können bei den Worten color, fillcolor und text_fillcolor auch Farbverläufe angegeben werden. Ein Farbverlauf wird als Verbund von zwei oder mehr Bildpositionen mit jeweils zugeordneter RGB-Farbe definiert:

[
[ x1 y1 rot1 gruen1 blau1 ]
[ x2 y2 rot2 gruen2 blau2 ]
.
.
]

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6. VORDEFINIERTE GRAPHIKEN

6.1. Zeitreihenplot

Die vermutlich mit Abstand am häufigsten benötigte vordefinierte Graphik ist draw. Dieses Wort dient zum Darstellen von ein oder mehreren Zeitreihen.

Syntax:

zr -> graphik

oder

[ zr1 zr2 ... ] -> graphik

Beispiel:

1000 ramp 50 / sin draw screen

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6.2. Automatische x/y-Plot

Die Basis für das Wort draw ist das Wort aplot. Es ermöglicht die Darstellung von Kurven, die durch Paare von X- und Y-Koordinaten beschrieben sind.

Syntax:

[ x1 y1 x2 y2 ... ] -> graphik

´xI´ ... Realverbund mit X-Koordinaten für die I-te Kurve.
´yI´ ... Realverbund mit Y-Koordinaten für die I-te Kurve.


Die erste Kurve wird also durch die Verbunde ´x1´ und ´y1´ beschrieben, wobei die ersten Komponenten den ersten Punkt der Kurve, die zweiten den zweiten Punkt usw. definieren.

Beispiele:

[ [ 1 8 3 5 ] [ 2 1 6 9 ] ] aplot screen

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6.3. Parameterisierbarer x/y-Plot

Während das Wort aplot eher wenig Gestaltungsmöglichkeiten läßt, ist das Wort plot nicht so stark automatisiert (´aplot´=automatisches ´plot´).

plot führt keine automatische Skalierung durch und zeichnet weder Achsenkreuz noch Skalen. Diese müssen im Bedarfsfall mit axes und scales eingezeichnet werden.

Syntax:

[ x1 y1 .. ] [ f1 .. ] [ s1 .. ] -> graphik

´fI´ ... Realzahl mit Farbnummer für die I-te Kurve.
´sI´ ... Realzahl mit Strichlierungswert für die I-te Kurve.


Falls die Verbunde ´[ f1 ..]´ oder ´[s1.. ]´ leer sind, werden keine Farb- oder Strichlierungswerte vergeben.

aplot läßt sich mit Hilfe von plot folgendermaßen definieren:

: aplot >> koordinaten
koordinaten xauto
koordinaten yauto
[ koordinaten [ ] [ ] plot axes scales ;

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6.4. Marken einzeichnen

Das Wort marker dient zum Platzieren von Buchstaben-Marken am Zeichenfeld. Es ist speziell für das Einzeichnen von Marken in Kurven, die mit plot oder aplot gezeichnet wurden, ausgelegt.

Syntax:

[ x1 y1 x2 y2 ..] [ abst1 abst2 ...] buchst -> graphik

• ´xI´, ´yI´ ... Realfelder mit Koordinatenwerten wie bei ´plot´ oder ´aplot´.
• ´abstI´ ... Entweder eine Realzahl die angibt, an jeder wievielten Stützstelle
• der Kurve eine Marke gezeichnet werden soll (=1.. bei jeder Stützstelle), oder ein Verbund mit Realzahlen, die die absoluten Stützstellennummern angeben.
• ´buchst´ ... String mit Zeichen, die für die Marken verwendet werden sollen. Der erste Buchstabe des Strings wird für die erste Kurve verwendet, der zweite für die zweite usw..

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6.5. Balkendiagramme

Im Folder 'graphics_folder' im Public-Pool (Aufruf mit unser) befindet sich das Wort '3d_bars'. Es kann für ein- und mehrreihige Balkendiagramme versendet werden. Das Wort bars im Startup-Folder kann für einreihige Balkendiagramme verwendet werden und ruft seinerseits intern 3d_bars auf.

Die Syntax vom Wort bars ist:

        [ name1=wert1 name2=wert2 ... ]  ->  graphik

   [ rname1=reihe1 rname2=reihe2 ... ]    -> graphik

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6.6. Tortendiagramme

Mit dem Wort 3d_pie_chart können Tortendiagramme erstellt werden.

Syntax:

     [ name1=wert1 name2=wert2 ... ]   ->  graphik

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6.7. 3d-Plots

Mit dem Wort landscape_plot können Funktionen der Form

   y = f(x,z)

  a = 2 * (xanzahl-1) * (yanzahl-1)

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7. LAYOUT

Die Justierung von Graphiken auf der Zeichenfläche und das Zusammenstellen von mehreren Graphiken, kann durch Anwendung des Wortes area und Zusammenstellen von Verbunden vorgenommen werden.

Das Wort view bietet für einen häufig benötigten Standardfall (das Zusammenstellen mehrerer Graphiken auf einer Seite) eine einfache Lösung. Die Syntax von view sieht folgendermaßen aus:

[ graphik1 graphik2 ... ] -> gesamtgraphik

Es übernimmt eine automatische Platzeinteilung, wobei immer getrachtet wird, die Bilder auf gleich viele Zeilen und Spalten aufzuteilen.

Beispiel

[
100 ramp draw
10 ramp sin draw
axes
] view screen

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8.1. Skalierung

Die Worte xauto, yauto, xscaling , yscaling und zscaling dienen zum Einstellen der Skalierung, wobei xauto und yauto mit einem Datenverbund in jener Form, wie er auch für das Wort aplot benötigt wird zu versorgen sind, und xscaling , yscaling bzw. zscaling jeweils mit dem minimal und maximal darzustellenden Wert.

Beispiele:

100 ramp 10 / >> x
x sin >> y
[ x y ] >> plotdaten
plotdaten xauto
plotdaten yauto
[ plotdaten [ ] [ ] plot axes scales ] screen

• >xpromille, >ypromille und >zpromille dienen für die Umrechnung von Rohwerten in Koordinatenwerten (Promille-Werte).
• xpromille>, ypromille> und zpromille> für die Skalenbeschriftung (Umrechnung von Koordinatenwerten in Rohwerte).

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9. GRAPHIKTREIBER

Die Graphiktreiber screen und printer sind in jedem MAL-System Standard. Daher sind MAL-Programme, die sich ausschließlich auf diese beschränken, sicher portierbar.

Das Wort printer ist eine Doppelpunktdefinition, die in der Datei "auto.cpu" definiert ist. Bei Windows Systemen ist sie üblicher Weise mit

: printer winprinter ;

definiert. Falls der Standarddrucker nicht farbtauglich ist sollte statt winprinter bw_winprinter verwendet werden.

Liste der Graphiktreiber:

• screen ... Bildschirmausgabe.
• printer ... Ausgabe auf den Standarddrucker.
• postscript ... Ausgabe auf eine Textdatei im Postscriptformat.
• winprinter ... Ausgabe auf den Standarddrucker bei Windows-Betriebssystemen.
• graphic>jpeg ... Ausgabe auf eine Datei im JPEG-Format.
• graphic>bmp ... Ausgabe auf eine Datei Microsoft-Bitmap-Format (ist im Gegensatz zu JPEG verlustfrei komprimiert).
• graphic>frame ... Konvertiertung der Graphik in einen Pixel-Stackeintrag (einen Frame).
• coreldraw ... Ausgabe auf *.eps-Datei für das Einlesen mit Corel-Draw 3.0

postscript
Das Wort postscript dient zum Anlegen einer Postscript Datei. Es erwartet zusätzlich zur Graphik noch zwei Strings am Stack, die in die Zieldatei als Header und Footer übernommen werden.

winprinter
Das Wort winprinter existiert nur bei Windows-Systemen und nutzt den vom Borland Compiler zur Verfügung gestellten Printertreiber.

graphic>jpeg
Das Wort graphic>jpeg gibt die Graphik auf eine Datei im JPEG-Format aus. Als Parameter sind die Bildbreite und die Bildhöhe in Pixel anzugeben.

graphic>frame
Das Wort graphic>frame konvertiert die Graphik in einen Stackeintrag vom Typ 'frametyp' (siehe Kapitel Bildverarbeitung).

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1. Soferne nicht schon erledigt, muss die Datei 'graphint.h' inkludiert werden (#include "graphint.h")
2. Es muss eine Klasse, die von pixel_graphic_class abgeleitet wird definiert werden, in der die erforderlichen gerätespezifischen virtuellen Funktionen implementiert werden (Details siehe unten).
3. Es muss ein neues MAL-Wort definiert werden (siehe Kaptiel Erweiterung).
4. In der C++-Prozedur dieses Wortes muss eine Instanz der neu definierten Graphik-Klasse angelegt werden. Dann müssen von dieser die Funktionen set_pen() zur Voreinstellung der Farbe, set_area() zur Einstellung der physikalischen Koordinaten des Areas und die Funktion set_thickness() zur Voreinstellung der Linienstärke aufgerufen werden. Schließlich wird mit der Funktion interpreter() die MAL-Graphik am Top-Of-Stack abgearbeitet und gelöscht. Die Funktion interpreter() hat einen Parameter (wait), der bestimmt, ob nach der Anzeige der Graphik auf einen Tastendruck gewartet werden soll oder nicht.

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10.1. Pixelgraphiken

RGB-taugliche Pixelgraphiken sind der einfachste Fall. Im Prinzip genügt es die virtuelle Funktion setpixel(x,y) in der von pixel_graphik_class abgeleiteten Klasse zu definieren.

Eventuell muss noch die Funktion change_color() definiert werden, wenn das Gerät eine spezielle Aktion beim Farbwechsel erfordert. Normalerweise kann aber setpixel() die aktuelle Farbe direkt aus der Variablen rgb_color lesen.

Für die Initialisierung bzw. Deinitialisierung des Gerätes sollten die Funktionen init_graphic() und close_graphic() überschrieben werden. Man kann die Geräte auch explizit initialisieren und schließen, allerdings gibt es manche Bildschirm-Graphikmodi, bei denen die mit printf() abgesetzten Fehlermeldungen nicht am Schirm erscheinen. Der Graphikinterpreter ruft daher vor dem Absetzen einer Fehlermeldung zunächst close_graphic() auf.

Das folgende Codebeispiel zeigt den Graphiktreiber bw_winprinter:

/*............................................................
bw_winprinter bw_winprinter
graphics
Holzreiter S.
Graphiktreiber fuer Schwarz/Weissdrucker unter MS-Windows (Borland-Builder).






                     graphik  ->



'graphik'   ... Graphikeintrag.
...........................................................*/



//------ Klasse fuer S/W-Drucker -------
class win_printer_class : public pixel_graphic_class
{ public:



    win_printer_class()
      { prn=Printer();
        prn->Orientation=poLandscape;
        width=prn->PageWidth;
        height=prn->PageHeight;
        set_area(width*0.242,width*0.7984,height*0.81514,height*0.323);
        set_thickness(0.1);
        prn->BeginDoc();
      }



    virtual void setpixel(int x,int y)
      { if (x<0 || y<0 || x>=width || y>=height) return;
        prn->Canvas->Pixels[x][y]=clBlack;
      }



   TPrinter *prn;
   int width,height;



};



void bw_winprinter()
{ win_printer_class graphic;
  graphic.set_pen(0);
  graphic.interpreter(0);
  graphic.prn->EndDoc();
}

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