HTML5-Tutorium: Canvas: MiniPong 01: Unterschied zwischen den Versionen
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* <code>canvas</code>: Dieses Objekt . | * <code>canvas</code>: Dieses Objekt legt diejenigen Eigenschaften des Canvas-Elements fest, die zur Laufzeit mit Hilfe von JavaScript dem Element zugeordnet werden. Das sind in diesem Fall nur die Breite und die Höhe. Die Hintergrundfarbe sowie der Rand wurden mit Hilfe von CSS definiert. | ||
* <code>physics</code>: Diese Objekt enthält Eigenschaften der [[Physics-Engine]], die für das Spiel zum Einsatz kommt. In diesem Spiel ist das nur die Framerate, {{dh}} die Anzahl der Neuberechnung, die pro Sekunde vorgenommen werden sollen, um physikalische Veränderungen (Bewegung des Balls) zu simulieren. | |||
* <code>model</code>: Hier werden für jede Art von Objekten, die in dem Spiel vorkommt, physikalische Eigenschaften festgelegt, auf die die Physics-Engine zugreifen kann. Das es in unserem Spiel nur eine Objektart gibt, den Ball, enthält das <code>model</code>-Objekt auch nur die Beschreibung der Ballobjekte. Es legt fest, dass ein Ball stets einen festen Radius haben soll, sowie eine Position und eine Geschwindigkeit. Für Position und Geschwindigkeit sind Intervalle angegeben innerhalb derer diese Werte zufällig gewählt werden sollen. Das heißt, bei jedem Spielstart stratet der Ball an einer anderen Position und bewegt sich mit einer anderen Geschwindigkeit. | |||
* <code>model</code>: Hier werden für jede Art von Objekten, die in dem Spiel vorkommt und das auf der Bühne gezeichnet werden soll, grafische Eigenschaften festgelegt. Auch hier gibt es bislang nur das Ballobjekt. Von diesem Objekt werden die Farbe, die Breite des Randes sowie die Farbe des Randes festgelegt. | |||
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Erstellen Sie im Ordner <code>WebContent/js</code> des Projektes die Datei <code>main.js</code>. | Erstellen Sie im Ordner <code>WebContent/js</code> des Projektes die Datei <code>main.js</code>. | ||
Version vom 27. Oktober 2016, 11:17 Uhr
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Quellenarten: 5 (ausgezeichnet) |
Konformität: 5 (ausgezeichnet) |
HTML-Tutorium: MiniPong
MiniPong: | Teil 1 | Teil 2 | Teil 3 | Teil 4 | Teil 5
Musterlösung: MiniPong 1
(SVN-Repository)
Voraussetzung
Sie sollten die Inhalte des Tutoriums HTML5-Tutorium: Canvas: Hello World kennen.
Ziel: Animation des Balls
Im ersten Teil des Tutoriums wird beschrieben, wie man eine einfache Ball-Animation mit Hilfe eines Canvas-Elements erstellt.
Das Spiel besteht aus insgesamt fünf Modulen:
ball.js
: Hier wird die JavaScript-KlasseBall
definiert.collision.js
: Hier wird die Funktioncollision
definiert, die überprüft, ob ein Ball mit einer „Wand“ des Canvas-Elements kollidiert. Falls dies der Fall ist, wird die Bewegungsrichtung des Balls geändert (er „prallt“ an der „Wand“ ab).minipong.js
: Die Datei enthält die eigentliche Spiellogik. Es wird ein Ball erzeugt. Eine Zeichenfunktion „draw
“ ist dann dafür zuständig, die Position des Balles mehrmals pro Sekunde neu zu berechnen und den Canvas entsprechend zu aktualisieren.init.js
: Die Aufgabe der Init-Funktion ist es, die Größe des Canvas gemäß der Initialisierungswerte, die ihr übergeben werden, festzulegen, ein MiniPong-Objekt zur erzeugen und einen Timer zu starten, der die Draw-Methode des Spiels mit einer bestimmten Framerate aufruft.main.js
: Die Datei hat wie immer die Aufgabe, eine JSON-Datei mit den Initialwerten zu laden und anschließenden die Initialisierungsmethode des Spiels auszuführen. In der JSON-Datei werden die Größe des Canvas, die Framerate sowie die Eigenschaften des Balls festgelegt.
Neues Projekt anlegen
Legen Sie ein neues Projekt mit dem Namen MiniPong01
an.
Fügen Sie die Ordner und Dateien, die Sie im Zip-Archiv WKempty_RequireJS.zip
finden. ein. In diesem Zip-Archiv ist ein leere Projekt enthalten, das im Prinzip wie die App5 im Tutorium
HTML5-Tutorium: JavaScript: Hello World 04 aufgebaut ist (Ein paar Datei- und Ordnernamen unterscheiden sich).
Dieses Archiv enthält folgende Dateien:
web/css/main.css
: Eine leere CSS-Datei.web/json/init.json
: Eine leere JSON-Datei, in die Initialisierungsinformationen der Anwendung eingefügt werden können.web/js/lib/require
: Die Bibliothek RequireJS samt zugehörigem JSON-Plugin.web/js/app/class.js
: Ein RequireJS-Modul, das eine leere Klasse namens „Class
“ definiert. Eine Klasse dieses Namens wird üblicherweise nicht benötigt. Die Datei kann allerdings als Template für die Erstellung anderer Klassen verwendet werden.web/js/app/init.js
: Ein RequireJS-Modul, das eine (bislang noch leere und damit funktionslose) Initialisierungsfunktion enthält. Diese Methode wird vonmain.js
aufgerufen. Ihr werden das Window-Objekt des Browsers sowie ein JSON-Initialisierungsobjekt übergebenweb/js/main.js
: Eine JavaScript-Datei, die RequireJS initialisiert, die JSON-Dateiinit.json
lädt und zu guter Letzt die Initialisierungsfunktion der eigentlichen Anwendung ausführt.index.html
: Eine HTML-Datei mit leeren Body-Element, diemain.css
, RequireJS und zu guter Letztmain.js
lädt.
Speichern Sie dieses Projekt wie üblich in Ihrem Repository.
Die HTML-Datei
Die HTML-Datei „index.html
“ ist schon fast vollständig. Es fehlt nur noch das Canvas-Element
im Body-Element vor dem Script-Element (vgl. HTML5-Tutorium: Canvas: Hello World 02):
<canvas id="canvas"></canvas>
Die CSS-Datei
Die CSS-Datei „main.css
“ des Projektes sieht folgendermaßen aus:
body
{ text-align: center;
padding: 10px;
background-color: #AAA;
}
#canvas
{ border-color: #777;
border-width: 2px;
border-style: solid;
background-color: #CCC;
}
Sie rückt das Canvas-Element in die obere Mitte der Bühne und legt die Hintergrundfarben des Browserfensters sowie des Canvas-Elements fest. Außerdem sorgt sie dafür, das ein Rand um das Canvas-Element gezeichnet wird.
Die JSON-Datei
Die JSON-Datei „init.json
“ des Projektes sieht folgendermaßen aus:
{
"canvas":
{
"width": 400,
"height": 300
},
"physics":
{
"framesPerSecond": 50
},
"model":
{
"ball":
{
"radius": 8,
"pos_min": {"x": 10, "y": 10},
"pos_max": {"x": 390, "y": 290},
"vel_min": {"x": 50, "y": 50},
"vel_max": {"x": 200, "y": 200}
}
},
"view":
{
"ball":
{
"color": "#55AA55",
"border": 1,
"borderColor": "#000000"
}
}
}
Sie enthält vier Objekte zur Initialisierung der Anwendung:
canvas
: Dieses Objekt legt diejenigen Eigenschaften des Canvas-Elements fest, die zur Laufzeit mit Hilfe von JavaScript dem Element zugeordnet werden. Das sind in diesem Fall nur die Breite und die Höhe. Die Hintergrundfarbe sowie der Rand wurden mit Hilfe von CSS definiert.physics
: Diese Objekt enthält Eigenschaften der Physics-Engine, die für das Spiel zum Einsatz kommt. In diesem Spiel ist das nur die Framerate, d. h. die Anzahl der Neuberechnung, die pro Sekunde vorgenommen werden sollen, um physikalische Veränderungen (Bewegung des Balls) zu simulieren.model
: Hier werden für jede Art von Objekten, die in dem Spiel vorkommt, physikalische Eigenschaften festgelegt, auf die die Physics-Engine zugreifen kann. Das es in unserem Spiel nur eine Objektart gibt, den Ball, enthält dasmodel
-Objekt auch nur die Beschreibung der Ballobjekte. Es legt fest, dass ein Ball stets einen festen Radius haben soll, sowie eine Position und eine Geschwindigkeit. Für Position und Geschwindigkeit sind Intervalle angegeben innerhalb derer diese Werte zufällig gewählt werden sollen. Das heißt, bei jedem Spielstart stratet der Ball an einer anderen Position und bewegt sich mit einer anderen Geschwindigkeit.model
: Hier werden für jede Art von Objekten, die in dem Spiel vorkommt und das auf der Bühne gezeichnet werden soll, grafische Eigenschaften festgelegt. Auch hier gibt es bislang nur das Ballobjekt. Von diesem Objekt werden die Farbe, die Breite des Randes sowie die Farbe des Randes festgelegt.
ball.js
Erstellen Sie im Ordner WebContent/js
des Projektes die Datei main.js
.
Für die Animation des Balles braucht man zwei Hilfsbjekte: Den 2D-Kontext, auf dem sich der
Ball bewegen soll, sowie einen Timer, der regelmäßig (FPS
mal pro Sekunde; FPS
steht für Frames Per Second)
eine Neuberechnung der Ballposition sowie ein Neuzeichnen der Bühne veranlasst.
// the 2d context of the canvas
var g_context,
// the "physics engine" timer
g_timer,
Als nächstes wird ein Ball-Objekt erstellt. Diese Objekt hat fünf (öffentliche) Attribute, die mit sinnvollen Werten initialisiert werden:
r
(Radius des Balls)x
(Aktuelle x-Positions des Balls)y
(Aktuelle y-Positions des Balls)vx
(Aktuelle Geschwindigkeit des Balls in x-Richtung in Pixeln/Sekunde)vy
(Aktuelle Geschwindigkeit des Balls in y-Richtung in Pixeln/Sekunde)
Darüber hinaus besitzt dieses Objekt zwei Methoden:
move
bewegt den Ball an seine neue Position; dieses wird aus dem Geschwindigkeitsvektor und der Zeitspanne, die zwischen zwei Aufrufen desmove
-Befehls vergeht, berechnetdraw
visualisiert das (zweidimensionale) Ball-Objekt auf dem 2D-Kontext einer Bühne (Canvas).
// the ball
g_ball =
{ r: BALL_RADIUS,
x: BALL_X,
y: BALL_Y,
vx: (Math.random() < 0.5 ? 1 : -1)
* (BALL_VX_MIN + Math.random() * (BALL_VX_MAX - BALL_VX_MIN)),
vy: (Math.random() < 0.5 ? 1 : -1)
* (BALL_VY_MIN + Math.random() * (BALL_VY_MAX - BALL_VY_MIN)),
// Moves the ball in direction (vx, vy); the step size depends on FPS.
move:
function()
{ this.x += this.vx/FPS;
this.y += this.vy/FPS;
},
// Draws the ball at its current position onto a 2d context.
draw:
function(p_context)
{ p_context.beginPath();
p_context.arc(this.x, this.y, this.r, 0, 2*Math.PI);
p_context.lineWidth = BALL_BORDER_WIDTH;
p_context.strokeStyle = BALL_BORDER_COLOR;
p_context.fillStyle = BALL_COLOR;
p_context.stroke();
p_context.fill();
}
};
Die so genannte Observer-Methode o_redraw()
wird alle paar Millisekunden
vom Timer aufgerufen. Diese Methode hat drei Aufgaben:
- Kollisionen zwischen Ball und Wand erkennen und gegebennenfalls die Bewegungsrichtung des Balls ändern.
- Den Ball an seine neue Position bewegen.
- Den aktuellen Inhalt der Bühne löschen und den Ball an der neuen Position auf die Bühne zeichnen.
// An event observer:
// It is called every 1000/FPS milliseconds.
function o_redraw()
{ // Collision detection: ball <-> wall
// Collision response: change the moving direction of the ball
if (g_ball.x <= g_ball.r || g_ball.x >= CANVAS_WIDTH - g_ball.r)
{ g_ball.vx = -g_ball.vx; }
if (g_ball.y <= g_ball.r || g_ball.y >= CANVAS_HEIGHT - g_ball.r)
{ g_ball.vy = -g_ball.vy; }
// Move the ball.
g_ball.move();
// Clear and redraw the canvas
g_context.clearRect(0, 0, CANVAS_WIDTH, CANVAS_HEIGHT);
g_ball.draw(g_context);
}
Sobald die HTML-Seite vollständig geladen worden ist, werden die Bühne initialisiert und der Timer gestartet.
// Has to be called after the HTML page has been loaded.
function f_init()
{ var l_canvas = document.getElementById("d_canvas");
// Initialize the canvas.
l_canvas.width = CANVAS_WIDTH;
l_canvas.height = CANVAS_HEIGHT;
g_context = l_canvas.getContext("2d");
// Start the timer for redrawing the canvas every 1000/FPS milliseconds.
g_timer = window.setInterval(o_redraw, 1000/FPS);
}
// Execute the init function after the HTML page has been loaded.
window.onload = f_init;
Dieses Skript realisiert die eigentliche Ball-Animation. Zum Einsatz kommen dabei Techniken, die im Tutorium von Alexander Lawrence genauer beschrieben werden: AS3-Tutorium:Physics. Sehen Sie sich insbesondere folgende Abschnitte an:
Anwendung testen und sichern
Testen Sie Ihre Anwendung in gewohnter Weise.
Vergessen Sie nicht, sie im SVN-Repository zu sichern.
Probleme der Kollisionserkennung
Die A-posteriori-Kollissionserkennung, die in Minipong 1 bei der Erkennung von Kollisionen zwischen Ball und Wand angewandt wurde, ist nicht ganz unproblematisch, da zwei unerwünschte Effekte auftreten können:
- Überlappung (penetration = Eindringung)
- Der Ball dringt i.Allg. etwas in die Wand ein, bevor eine Kollision erkannt wird. Wenn dieses Eindringen durch die Kollissionsbehandlung nicht rückgängig gemacht wird, kann es passieren, dass der Ball in der Wand hängen bleibt, da er sich in allen folgenden Animationsschritten in der Wand befindet und daher in jedem Schritt seine Richtung ändert.
- Tunneln (tunneling)
- Wenn der Ball besonders schnell ist, kann er ein anderes Objekt eventuell durchtunneln. Dies passiert immer dann, wenn der Ball in einem Schritt eine so große Distanz zurücklegt, dass weder am Startpunkt noch am Endpunkt dieses Schritts eine Kollision erkannt wird, obwohl entlang des Weges eine Kollision stattgefunden hätte.
Beide Effekte können Sie beobachten, wenn Sie Ihren Minipong-1-Code etwas modifizieren.
- Überlappung
- Setzen Sie
BALL_Y = CANVAS_HEIGHT
(in der DateiCONSTANT.js
), d.h., platzieren Sie den Ball gleich zu Beginn in der Wand, und starten Sie die Anwendung. Nach dem Sie den Effekt bewundert haben, sollten Sie den Fehler auch wieder beheben. :-) - Tunneln
- Da die Wände im Kollisionstest unendlich dick gewählt wurden, kann der Ball diese nicht durchdringen. Wenn Sie aber die Breite der Wände in der Funktion
o_redraw
(in der Dateimain.js
) auf Null reduzieren, haben Sie nicht lange Freude an Ihrem Ball:if (g_ball.x == g_ball.r || g_ball.x == CANVAS_WIDTH - g_ball.r) { g_ball.vx = -g_ball.vx; } if (g_ball.y == g_ball.r || g_ball.y == CANVAS_HEIGHT - g_ball.r) { g_ball.vy = -g_ball.vy; }
Erweiterung
Erweitern Sie die Anwendung so, dass sich zwanzig Bälle gleichzeitig über die Bühne bewegen. Kollisionen zwischen den Bällen brauchen Sie nicht zu behandeln. Beachten Sie aber das Programmierprinzip „Don't repeat yourself“ (Dry).
Musterlösung: Minipong 1a
(SVN-Repository)
Varianten
Die folgenden Beispiele wurden gegenüber der zuvor beschrieben Version in zweierlei Hinsicht erweitert:
- Die Implementierung ist klassenbasiert und nicht objektbasiert.
- Die Bälle reagieren auf Mausklicks.
- Canvas, externe Bibliotheken: keine
-
Minipong 1
(SVN-Repository)
Minipong 1a
(SVN-Repository) - Canvas, externe Bibliotheken: Prototype veraltet
-
Minipong 1a
(SVN-Repository) - Canvas, externe Bibliotheken: jQuery, jCanvas, jQueryMX (
class.js
) veraltet -
Minipong 1a
(SVN-Repository) - SVG, externe Bibliotheken: jQuery, jCanvas, jQueryMX (
class.js
), Raphaël veraltet -
Minipong 1a
(SVN-Repository)
Quellen
- Braun (2011): Herbert Braun; Webanimationen mit Canvas; in: c't Webdesign; Band: 2011; Seite(n): 44–48; Verlag: Heise Zeitschriften Verlag; Adresse: Hannover; 2011; Quellengüte: 5 (Artikel)
- Kowarschick (MMProg): Wolfgang Kowarschick; Vorlesung „Multimedia-Programmierung“; Hochschule: Hochschule Augsburg; Adresse: Augsburg; Web-Link; 2018; Quellengüte: 3 (Vorlesung)
- Musterlösungen (SVN)