Editor rozložení modelových drah

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY Ð Û Å«Æ ±²³ µ ¹º»¼½¾ Ý Editor rozložení modelových drah BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Milan Skipala Brno, jaro 2014

2 Prohlášení Prohlašuji, že tato bakalářská práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Milan Skipala Vedoucí práce: RNDr. Jan Kasprzak i

3 Poděkování Rád bych poděkoval svému vedoucímu, RNDr. Janu Kasprzakovi, za to, že mi věnoval čas na konzultacích, a za odbornou pomoc při psaní bakalářské práce. ii

4 Shrnutí Tato práce se zabývá porovnáním existujících nástrojů pro editaci dráhy modelové železnice nebo autodráhy. Cílem práce je vytvoření vlastního editoru, který bude vyhovovat uvedeným požadavkům. Text práce popisuje proces vývoje programu a návrhu algoritmů pro práci s modelem. iii

5 Klíčová slova Autodráha, modelová železnice, Rail & Slot Editor, Qt, editor modelové dráhy iv

6 Obsah 1 Úvod Srovnání existujících programů Anyrail Scalextric Track Designer SCARM Ultimate Racer XTrkCAD Funkcionalita vlastního programu Použité technologie Počátky vývoje programu Elementy uživatelského rozhraní Třídy Application a Window Třída WorkspaceWidget Třída SideBarWidget Doplňkové prvky grafického rozhraní Reprezentace modelu v programu Druhy dílů Grafická reprezentace dílů Třída ModelItem Třída ModelFragment Třídy pro nekolejové díly Knihovna dílů Manipulace s modelem Vložení nového dílu Posun a otáčení Odstranění dílů Spojování trat ových úseků Výškový profil trati Vyrovnání nepřesností trati Automatické dopočítání trati Algoritmus č Algoritmus č Model jako sada příkazů Funkce Zpět a Znovu Funkce spojené s kopírováním dílů Funkce Nový, Otevřít, Uložit Práce s inventářem v

7 11 Použití programu v praxi Závěr Literatura Seznam obrázků Seznam tabulek Seznam algoritmů A Prototypy uživatelského rozhraní B Obsah CD vi

8 1 Úvod Železniční a autodráhové modelářství patří mezi modelářské činnosti, které, ačkoliv to nemusí být na první pohled zcela zřejmé, mají řadu věcí společných. V obou případech máme model vlaku nebo automobilu, který se pohybuje po dráze, jež v případě železnice nemusí být nutně uzavřená, a v obou případech kopíruje povrch terénu, do něhož je zasazená. Stavba modelové železnice v klasickém případě probíhá tak, že si modelář obkreslí na papír obrysy jednotlivých dílů a poskládá si železnici nanečisto. Teprve když je s tímto papírovým modelem spokojený, začne stavět skutečný model. Pokud modelář využije moderní technologie, navrhne si dráhu ve specializovaném programu, většinou i vytiskne a poté sestavuje reálný model. Existuje řada programů, které umožňují vystavět bud modelovou železnici, nebo autodráhu, ale velmi málo z nich podporuje obojí (z programů, které jsem testoval, je to pouze AnyRail [1]). Výběr použitelných programů se dále dramaticky zúží, pokud se omezíme na operační systémy UNIX. Pokud vyřadíme z výběru programy, které fungují zároveň jako řídicí systémy pro digitální železnici či autodráhu, zůstane nám program XTrackCAD [2], který funguje dobře, ale v některých oblastech ho poměrně snadno předstihnou programy pro Windows. Cílem této práce bylo vytvořit editor, který byl primárně navržen pro systémy typu UNIX. Mezi jeho hlavní přednosti patří snadné a intuitivní ovládání, jednoduché rozšíření databáze dílů, což je u řady jiných programů velký problém, nebo dopočítání trati do uzavřené podoby. Vyznačuje se také tím, že je možné pracovat s výškovým profilem, což u jiných programů nemusí být samozřejmost (např. Ultimate Racer [3]). Editor je naprogramovaný v jazyce C++ s využitím toolkitu (sada knihoven a nástrojů pro vývojáře) Qt5 [4]. Zvažoval jsem i použití jiného programovacího jazyka a toolkitu. Rozbor možných alternativ a důvody, které vedly k tomuto rozhodnutí, jsou uvedeny v kapitole Použité technologie. Editor byl vyvíjen v několika fázích. Nejdříve jsem otestoval několik programů z oblasti železničního a autodráhového modelářství (AnyRail 5 [1], Scalextric Track Designer [5], SCARM [6], Ultimate Racer 3.0 [3] a XTrk- CAD [2]), poznačil si silné a slabé stránky každého z nich a na základě této analýzy jsem sestavil seznam funkcí, které bude můj editor podporovat. Detailní rozbor jednotlivých programů je uveden v kapitole Srovnání existujících programů. V další fázi bylo třeba navrhnout uživatelské rozhraní a naučit se pracovat s toolkitem Qt. Druhou zmíněnou činnost značně 1

9 1. ÚVOD usnadnilo vytváření vzorových programů podle návodů uvedených na oficiálních stránkách projektu Qt i z některých jiných zdrojů. Dalším krokem byla implementace veškeré funkcionality. Postupoval jsem od základních funkcí, jako je vkládání dílů a manipulace s částmi modelu, k těm složitějším např. práce s výškovým profilem či dopočítávání trati. Po dokončení jednotlivých tematických bloků jsem dané funkce otestoval. Během vývoje programu jsem také několikrát kontaktoval vedoucího kroužku železničního modelářství nedaleko mého bydliště, aby on i jeho žáci otestovali rozpracovaný editor. Nakonec byl vytvořen manuál usnadňující použití složitějších funkcí editoru. Tato práce byla přínosem jak pro mne samotného, tak i pro komunitu modelářů. Já jsem si vyzkoušel kompletní návrh a implementaci uživatelského rozhraní a program Rail & Slot Editor, který je výstupem této práce, přináší modelářům hned několik výhod. Zaplní mezeru v nabídce díky tomu, že je schopný běhu jak na počítačích s Windows, tak na systémech typu UNIX, umí pracovat s výškovým profilem trati a zvládá automaticky dopočítávat trat. 2

10 2 Srovnání existujících programů První krok, který jsem před započetím prací na vlastní aplikaci učinil, spočíval v otestování už existujících editorů a v porovnání funkcionality, kterou nabízejí. Následně jsem na základě získaných výsledků specifikoval funkce, které by měl podporovat i mnou vytvořený program. Součástí specifikace byly také vlastnosti či řešení, která nebyla příliš vhodná, tedy taková, kterých se chci vyvarovat. Pro hodnocení programů jsem si stanovil několik kritérií. Nejdříve jsem se pokusil postavit jednoduchou část trati bez studování nápovědy, dokumentace apod., čímž jsem si vyzkoušel, jak složité je ovládání programu a do jaké míry je ovládání pomocí daného uživatelského rozhraní intuitivní. Další oblasti, které ovlivnily hodnocení, souvisejí se zohledněním výškového profilu trati, možností rozšíření databáze dílků a schopností vypořádat se s nepřesně postavenou tratí a upravit ji do uzavřené podoby. Při používání některých aplikací se také projevily jejich slabší stránky, které jsou popsány v podkapitolách, zabývajících se danými programy. Testování jsem podrobil aplikaci AnyRail [1], Scalextric Track Designer [5], SCARM [6], Ultimate Racer [3] a XTrkCAD [2]. Verze programů, které byly testovány, jsou uvedeny v příslušných podkapitolách. Zvažoval jsem i výběr programů Rocrail [7], Model Railroad System [8], ale tyto jsem do výběru nezahrnul, protože se jedná o programy, které řídí i provoz na fyzicky existující trati. XTrkCAD je z vybraných jediný, který běží na UNIXových systémech, ostatní jsou dostupné pouze pro operační systém Windows. 2.1 Anyrail Program AnyRail, který je vyvíjený firmou DRail Modelspoor Software sídlící v Nizozemsku, byl testován ve verzi 5.0. Jedná se o komerční software a testování byla podrobena jeho zkušební verze, jejíž jediné omezení spočívá v limitu použití 50 dílků v jednom modelu. Vzhled uživatelského rozhraní poměrně silně připomíná standardní vzhled aplikací od firmy Microsoft, který byl zaveden s příchodem kancelářského balíku Microsoft Office Okno je rozděleno na horní pás karet, kde jsou seskupeny související ovládací prvky a knihovny trat ových segmentů a jiných objektů, tedy např. vegetace nebo signálních zařízení. AnyRail je jediný program z mnou testovaných, který umožňuje editaci jak železnice, tak autodráhy, což je jedna z jeho dobrých vlastností. Mezi ně 3

11 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ patří také možnost vyrovnání drobných nepřesností při snaze postavit uzavřený okruh. Kladně hodnotím i způsob práce s jednotlivými knihovnami dílků, kdy je možné otevřít si více knihoven a pracovat s různými sadami objektů (např. železnice, signalizační zařízení a vegetace) najednou. Dílky je možné do modelu přidávat 3 způsoby: po kliknutí v knihovně se vloží do scény a je nutné ho ručně připojit ke zbytku modelu, druhá možnost funguje na principu Drag & drop, tedy uživatel uchopí dílek v knihovně a přetáhne ho na pracovní plochu, kde ho může rovnou připojit, poslední možnost kliknutí se souběžným stiskem klávesy Shift připojí nový dílek k tomu, který byl vytvořen jako poslední. Tato možnost vkládání pro mě byla překvapením a objevil jsem ji až po prostudování uživatelské příručky. AnyRail umožňuje i práci s výškovým profilem trati a je možné nastavovat i převýšení v rámci několika dílků. Program následně odvodí výšku v koncových bodech každého dílku. Mezi nedostatky tohoto programu se řadí mírně obtížnější výběr autodráhových dílků umístěných na pracovní ploše. Dílek lze vybrat pohybem myši pouze přímo nad některou dráhou, uprostřed dílku nebo v blízkém okolí těchto oblastí. Jinde program vůbec nereaguje na pohyb myši. Dále při vkládání za pomoci klávesy Shift program přidá nový dílek do pevně zadaného bodu. Pokud se uživatel rozhodne, že potřebuje připojit dílek např. na konkrétní větev výhybky, nemůže použít rychlejší způsob vložení dílku, tedy Shift + kliknutí myši. Tento způsob vkládání také není příliš spolehlivý při stavbě autodráhy, kdy může docházet k posunutí vloženého dílku o jednu dráhu. Program AnyRail neumožňuje volbu mezi pravotočivou a levotočivou zatáčkou problém je vyřešen opět samostatným vložením dílku na pracovní plochu a následným ručním připojením ke zbytku modelu. Databáze železničních dílků je velmi rozsáhlá nabízí sortiment několika desítek výrobců v měřítkách od G až po Z. V oblasti autodráhy je nabídka podstatně menší uživatel se musí spokojit pouze s nabídkou firmy Scalextric. Absence většího množství výrobců autodráhy je pochopitelná, protože firma DRail Modelspoor Software prezentuje tento svůj produkt jako velmi dobrý editor pro modely železniční, nikoliv autodráhové. Databázi lze rozšířit o uživatelské objekty, což mohou být seskupené části mo- 4

12 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ delu, nebo celé tratě, ale není možné doplnit dílky od jiných výrobců, což považuji za jednu z výraznějších slabin. Vytvořený model lze exportovat do bitmapového obrázku nebo 3D souboru ve formátu Collada. Tisk je také dostupný a navíc si uživatel může zvolit měřítko, v jakém má být tištěný výstup zmenšený. Celkový dojem z programu AnyRail 5 je dobrý, s programem se mi pracovalo zpravidla dobře, ale obtěžovaly mě drobné chyby v podobě zvláštního chování při výběru autodráhových dílků a více způsobů vkládání dílů. Pokud by uživatel byl autodráhový modelář, bylo by vhodné zvážit výběr jiného programu. 2.2 Scalextric Track Designer Scalextric Track Designer je program vyvinutý firmou A-Lab Software Limited pro Hornby Hobbies Ltd., britského výrobce, který vlastní, kromě dalších značek železničních modelů, i značku Scalextric. Program je dostupný zdarma na internetových stránkách výrobce a ke stažení je nutné se na stránkách bezplatně zaregistrovat. Tento program je jediný z mnou vybraných, který umožňuje editaci a stavbu modelu přímo ve 3D zobrazení. Nabízí i 2D mód, ale ten je realizovaný pomocí vhodně umístěné kamery nad trojrozměrnou scénou. Ostatní programy standardně pracují se zobrazením v rovině a některé z nich umožňují náhled ve 3D, nebo alespoň export 3D dat. Po spuštění program zobrazí informační dialogové okno, kde jsou vysvětleny základní příkazy pro manipulaci s modelem a způsoby, jak se pohybovat ve scéně. V horní části okna se nachází nabídka dílů, ze kterých je možné stavět trat. Uživatel má na výběr kompletní sortiment firmy Scalextric v měřítku 1:32, ale databázi nelze rozšířit. Vzhledem k tomu, že se jedná o software dodávaný přímo výrobcem autodráh, je tento fakt akceptovatelný. Kliknutím na náhled dílu v nabídce se díl vloží do scény. Následným stiskem mezerníku můžeme změnit levotočivou zatáčku na pravotočivou a naopak. Mezi významné nedostatky tohoto programu se řadí neschopnost spolehlivě rozlišit, zda spolu dva díly sousedí, či nikoliv. Důsledkem je hned několik problémů: je možné vkládat díly i v bodech, kde už jsou připojeny díly jiné, pro posunutí celého modelu je nezbytné vybrat postupně všechny díly, kterými budeme posouvat a dále je také negativně ovlivněna práce s výškovým profilem. S vkládáním dílů navíc souvisí ještě jedna komplikace. Po vložení dílu je možné ho uchopit a posunout. Tím se díl odpojí 5

13 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ od zbytku trati a uživatel ho může připojit na jiné místo modelu. Komplikace nastává ve chvíli, kdy uživatel opravdu chce díl připojit. Velmi často se totiž dílek začne skokově otáčet a posouvat, ale připojit se podaří obvykle jen na původní místo. Program umožňuje zohlednění výškového profilu trati, což je, zvláště u 3D zobrazení, velmi přínosné. Uživatel si může nastavit nejen celkovou výšku dílku, ale navíc i podélný sklon. Díky už zmiňovanému problému se sousedstvím dílů je ovšem nutné nastavit výšku či sklon odděleně pro všechny úpravou dotčené díly. Při nastavení stoupání zatáčky se vyskytne nedostatek spíše estetického charakteru. Pokud zatáčka sousedí s rovným dílem, vznikne nastavením sklonu schod a díly na sebe opticky nenavazují. Tento problém by se dal asi nejsnáze odstranit přidáním možnosti nastavení bočního náklonu dílu a uživatel by pak mohl vzniklou situaci vyřešit sám. Vytvořený model trati lze vytisknout na tiskárně, ale nelze ho uložit do obrázku. Tato funkce sice může chybět, zejména pokud není tiskárna dostupná z počítače, na kterém je program nainstalovaný, ale nepovažuji to za vážnější nedostatek. Aplikace Scalextric Track Designer poskytuje základní funkce pro manipulaci s modelem a pro nastavení výšky trati, ale chování některých funkcí je těžko předvídatelné. Tyto nedostatky zhoršují použitelnost programu a dělají práci s ním spíše nepříjemnou. 2.3 SCARM Program SCARM vytvořil bulharský vývojář Milen Peev, jedná se o freeware a testována byla verze Beta. Název vznikl zkrácením slov Simple Computer Aided Railway Modeller, v překladu Jednoduchý nástroj pro počítačem provázené modelování železnice. Poté, co program spustíme, nás přivítá základní obrazovka, na níž najdeme velkou pracovní plochu a postranní panel, ve kterém se zobrazuje nabídka trat ových segmentů od výrobce, kterého si můžeme zvolit v horní části tohoto panelu. Vložení dílku na pracovní plochu je velmi jednoduché pokud chceme vložit rovný úsek trati, stačí kliknout na náhled dílku, pokud požadujeme vložení zatáčky, musíme kliknout na náhled dílku a následně vybrat levotočivou nebo pravotočivou zatáčku. Pro usnadnění stavby modelu program nabízí i funkci zopakování posledního dílku. Stisknutím mezerníku vložíme poslední použitý dílek do bodu, který je právě vybraný jako aktivní. Výběr bodů je realizovaný pomocí kliknutí na příslušný bod, druhá možnost je přepínání na nejbližší další či předchozí koncový bod stiskem 6

14 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ tlačítka v horní nástrojové liště. Pokud si uživatel přeje vytvořit nový bod a začít tak tvořit další samostatnou část trati, je třeba kliknout na tlačítko v nástrojové liště a označit požadovaný bod na pracovní ploše. Posunutí dílku způsobí, že se odpojí od okolní trati, což je stejný princip jako u aplikace od firmy Scalextric. SCARM navíc po dvojím kliknutí na dílek vybere celý úsek trati, ve kterém se daný dílek nachází. Tato funkce by v programu firmy Scalextric téměř jistě našla svoje využití. Během stavby modelu může nastat situace, kdy napojení dílků není naprosto přesné a je nutné model mírně ohnout tak, aby se trat spojila. S tímto problémem si musí uživatel poradit manuálně, a sice tak, že jednotlivé dílky odpojí a znovu připojí posunutím ke zbytku modelu, přičemž připojení toleruje drobné nepřesnosti. SCARM, podobně jako ostatní testované programy, zvládá práci s výškovým profilem. Nejdříve je nutné zapnout režim pro úpravu výšky, následně si uživatel vybere jeden či více dílků, které budou úpravou dotčeny a nakonec vybere bod, ve kterém se bude měnit výška. Výšku je možné měnit pomocí tlačítek v nástrojové liště a v případě, že si uživatel vybral spojitou část trati, se stoupání rozloží mezi všechny vybrané díly. Kromě výšky v konkrétních bodech má uživatel přehled také o stoupání vyjádřeném ve stupních. Mezi jednu z dobrých vlastností tohoto programu patří také 3D náhled vytvořeného modelu. Je možné si prohlédnout model z různých úhlů a uživatel tak může mít detailnější přehled o tom, jak bude model vypadat ve skutečnosti. Po dokončení modelu máme na výběr export do obrázku ve formátu BMP nebo model můžeme vytisknout. 3D náhled navíc umožňuje sejmutí obrázku a uložení opět ve formátu BMP. Kromě toho má uživatel k dispozici funkci, která vygeneruje HTML dokument se seznamem použitých dílků včetně jejich náhledů.databáze obsahuje více než 30 výrobců a většina z nich má v nabídce trat ové díly různých měřítek. Databáze má formu textových souborů a je možné přidat si vlastní databázový soubor. Tuto úpravu ale komplikuje skutečnost, že soubory neobsahují, s výjimkou identifikace výrobce, názvy polí nebo jiné vodítko, které by pomohlo ve vyplňování dat. Jakékoliv rozšíření databáze tedy nejspíše bude provedeno metodou pokus-omyl. Program SCARM je velmi kvalitní a práce v něm je rychlá a intuitivní. Za největší nedostatek považuji absenci autodráhových dílů, nebot pokud by aplikace podporovala práci s nimi, jednalo by se o dobře fungující univerzální aplikaci pro autodráhové i železniční modeláře. Kromě horší rozšiřitelnosti databáze jsem nenarazil na jiné problémy. 7

15 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ 2.4 Ultimate Racer Ultimate Racer je komerční aplikace. Testována byla verze 3.0 bez licenčního čísla, tedy ve zkušebním režimu. Ten spočívá v omezeném počtu dílů, které lze uložit. Tento program je mnohem komplexnější, než ostatní testované, protože kromě vytváření a editace autodráhy umožňuje také vedení databáze závodníků a vozidel, evidenci výsledků a dle informací v nápovědě je schopen komunikovat přímo s autodráhou a zjišt ovat tak např. čas nejrychleji zajetého kola, rychlost nebo umístění jednotlivých závodníků. Pro účely své bakalářské práce jsem testoval pouze editaci dráhy, protože ostatní části programu nelze porovnávat s ostatními aplikacemi díky spolupráci s fyzicky existujícím modelem. Abychom mohli začít stavět model, musíme nejprve vybrat výrobce, s jehož díly budeme pracovat. Na výběr máme ze 13 výrobců a každý z nich nabízí alespoň dvou- a čtyř-dráhové díly, většina i díly s více dráhami. Po zvolení výrobce se zobrazí prázdná pracovní plocha a v levé části okna nabídka dílů, ze kterých můžeme stavět trat. Vložení dílu se provede po kliknutí na jeho náhled a směr zatáčky se určí podle oblasti náhledu, ve které došlo ke kliknutí, tedy levotočivá zatáčka je vložena po kliknutí v levé polovině náhledu. Pokud není vybraný žádný díl na pracovní ploše, vloží se nový dílek do středu plochy, jinak je připojen k právě vybranému dílu. Pokud vybereme dílek uprostřed trati a vložíme nový, aplikace vměstná nový dílek mezi ostatní a tím posune okolní dílky. Posun dílků funguje stejně jako u aplikace Scalextric Track Designer, ale díky 2D zobrazení nabízí Ultimate Racer i výběr pomocí myší taženého obdélníku. Ultimate Racer disponuje funkcí, která po aktivaci vyrovná nepřesnosti vzniklé při stavbě a uzavře okruh. Kladně hodnotím přístup, který nevyžaduje manipulaci s modelem ze strany uživatele. Velmi dobře je vyřešena i otázka rozšíření databáze, kdy program nabízí přehledné okno pro editaci databáze nebo pro přidávání nových výrobců a dílů. Kromě běžných funkcí v podobě tiskového výstupu a zobrazení použitých dílů je možné si prohlédnout trat v 3D zobrazení, které odhalí, že 2D pohled je vyřešený stejným způsobem jako u aplikace firmy Scalextric, tedy kamerou nad trojrozměrnou scénou. Mezi nedostatky této aplikace patří absence funkce, která by manipulovala s výškou trati a zejména v praxi nepoužitelné funkce Zpět a Znovu. Jejich použití totiž způsobí přesunutí kamery do levého horního, nebo pravého dolního rohu pracovní plochy, což vede k dezorientaci uživatele a ná- 8

16 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ sledné vracení se do původního místa způsobuje zdržení. Přiblížení zobrazení pracovní plochy není vyřešené příliš dobře, protože postupné zvětšování obrazu způsobuje přibližování pohledu do středu scény. Pokud tedy uživatel nestaví dráhu v blízkém okolí středu scény, musí po každém přiblížení nebo oddálení pohledu posouvat kameru na správné místo. Editace dráhy v programu Ultimate Racer je snadná, ale zmíněné nedostatky znepříjemňují nebo zpomalují práci uživatele. Pokud by funkce Zpět a Znovu fungovaly bez popsaných problémů, byl by program Ultimate Racer dobře použitelným softwarem pro editování modelů autodráhy. 2.5 XTrkCAD Jediným zástupcem editorů pro UNIXové systémy je XTrkCAD, program původně vyvinutý firmou Sillub Technology a dále udržovaný dvěma vývojáři. Testování byla podrobena verze Po spuštění uživatele přivítá prázdná pracovní plocha, nabídka trat ových dílů nad pracovní plochou a okno Tip dne, které může nováčkům pomoci s ovládáním programu, aniž by museli otevřít nápovědu. Vkládání dílů na plochu funguje v porovnání s ostatními aplikacemi na mírně odlišném principu. Uživatel si v nabídce vybere díl, se kterým chce pracovat, kliknutím do scény vloží díl nanečisto, případně ho posune nebo otočí a mezerníkem potvrdí vložení. V nabídce zůstává díl vybraný a můžeme ho tedy znovu vložit stejným způsobem. Tato technika je přínosná v případě, že uživatel bude vkládat delší sekvenci stejných dílů. Pro výběr mezi levotočivou a pravotočivou zatáčkou je nutné otevřít okno Turnout z menu Add a vybrat správný koncový bod dílu. Tím se zvolí směr zatáčky. Při testování jsem narazil na nedostatek funkce Zpět, jejíž použití způsobí zavření okna Turnout. Manipulace s modelem v podobě otáčení či posunu dílů je k dispozici, nicméně ovládání těchto funkcí je vyřešeno způsobem, který je v některých situacích zbytečně komplikovaný. Nejprve je nutné zapnout režim pro vybírání dílů, poté zapnout režim pro např. posun vybraných dílů a následně je možné s díly manipulovat. Po uvolnění tlačítka myši se oba režimy automaticky vypnou, tudíž pokud uživatel potřebuje posunout s jiným úsekem trati, je nutné všechny kroky absolvovat znovu. I tato aplikace dává uživateli možnost nastavit výšku v jednotlivých bodech trati. Uživatel může pro každý bod spojení dvou dílů nastavit bud výšku manuálně, výšku podle nejbližších sousedů, nebo stoupání podle nejbližších sousedů. 9

17 2. SROVNÁNÍ EXISTUJÍCÍCH PROGRAMŮ Konkurenční výhodou v porovnání s ostatními aplikacemi je možnost vedení databáze souprav, které se budou pohybovat po vystavěné trati. Program umožňuje i sestavení soupravy přímo na trati a následnou simulaci provozu. Pokud uživatel vyšle soupravy proti sobě, dojde sice ke střetu, ale poté se soupravy spojí a pokračují ve směru rychlejší soupravy. XTrkCAD je dobrý program, ale řadu funkcí je nutné nejprve vyzkoušet podle nápovědy, což může část uživatelů nováčků odradit od dalšího používání. Po osvojení si základů ovládání se s programem pracuje dobře, ale jiné programy, které jsem také testoval, se ovládaly snáze a rychleji. 10

18 3 Funkcionalita vlastního programu Na základě výsledků testování dostupných programů a zadání tématu bakalářské práce jsem sestavil seznam požadované funkcionality. Existující programy ovlivnily zejména scénáře provedení jednotlivých úkonů a to, jakým způsobem je do procesu zapojen uživatel. Mezi funkce, které nesmějí chybět v žádném editoru podobného zaměření, se řadí vkládání dílů, jejich mazání a dále pak prostředky pro základní manipulaci s modelem, jako je posun či otáčení. S posunem souvisí i spojování modelových částí, jelikož v případě, kdy uživatel posune dvě části modelu dostatečně blízko k sobě, z nich program vytvoří jeden souvislý úsek trati. Při práci s programem XTrkCAD, mě rušil způsob práce s režimy kvůli jejich množství a nutnosti opětovné aktivace před každým použitím. Z tohoto důvodu jsem svůj program navrhl tak, aby obsahoval podobných režimů co nejméně a vypnutí či přepínání režimů jsem nechal na uživateli. Model lze stavět ve dvou režimech. Ihned po spuštění je aktivovaný režim editace bez omezení množství dílků, ale program může být přepnut i do režimu, ve kterém je k dispozici pouze tolik kusů každého dílku, kolik si uživatel nastaví. Program dává uživateli možnost zohlednit v modelu výškovou strukturu terénu, do kterého bude model fyzicky umístěn. Při práci se železniční tratí je možné specifikovat výšku v konkrétních koncových bodech každého dílku, při stavbě autodráhy je navíc k dispozici automatická úprava výšky koncových bodů na základě podélného nebo bočního převýšení, které uživatel zadá. Při stavbě rozsáhlejších modelů se může snadno stát, že se nepodaří vytvořit trat, jejíž díly na sebe budou naprosto přesně navazovat. V takové situaci může modelář přistoupit k mírnému ohnutí trati a docílí tak připojení obou částí modelu. Stejné řešení nabízí i mnou vytvořený program. Mezi další funkcionalitu aplikace patří automatické doplnění modelu vhodnými dílky. Uživatel má tuto funkci k dispozici v omezeném i neomezeném režimu editace, nicméně lepší výsledky vykazuje v neomezeném režimu, kdy je k dispozici dostatečné množství všech dílů. Součástí programu je i knihovna dílů, která je realizována formou textového souboru. Uživatel tak má možnost rozšířit databázi o nabídku dalších výrobců. Každý údaj, dle kterého je následně vygenerovaná součástka, je navíc výstižně pojmenován, což rozšíření knihovny ještě více usnadňuje. Kromě kolejových dílů program podporuje také různé druhy vegetace, které 11

19 3. FUNKCIONALITA VLASTNÍHO PROGRAMU zkrášlí okolí modelu, a v případě autodráhy ještě navíc díly se svodidly a krajnicí. Cílem bylo vyvarovat se problémů, které komplikovaly či znepříjemňovaly práci s jinými programy a vytvořit program, který se dobře ovládá a v porovnání s konkurenčním softwarem nabízí i jistou část funkcionality navíc. 12

20 4 Použité technologie Před započetím vývoje aplikace bylo nutné zvolit programovací jazyk a toolkit (sada knihoven a softwarových nástrojů), který použiji. Jelikož má aplikace primárně fungovat na UNIXových operačních systémech, nabízí se možnost použití toolkitu GTK+, jenž byl vyvinut primárně pro tuto platformu. Možnou alternativou je pak toolkit Qt. Qt je nativně vytvořen pro jazyk C++, GTK+ pro jazyk C, ale oba toolkity jsou k dispozici i pro řadu jiných programovacích jazyků, např. pro Python, Javu nebo PHP. Při srovnání množství kódu, který je třeba napsat pro stejné aplikace, je lepší volbou Qt, ale GTKmm, což je rozhraní nad GTK+ přizpůsobené jazyku C++, tento rozdíl minimalizuje. GTK+ i GTKmm jsou zaměřeny spíše na práci s grafickým uživatelským rozhraním, naproti tomu Qt je rozsáhlejší jeho přímou součástí jsou i datové kontejnery, třídy pro práci se soubory, s vektorovou i bitmapovou grafikou, OpenGl a mnohé další. Při použití GTK+ i GTKmm je tedy nutné zahrnout do projektu i další knihovny zajišt ující potřebnou funkcionalitu, např. cairo či cairomm pro 2D grafiku. GTK+, GTKmm i Qt obsahují i vestavěné mechanismy pro správu paměti. Pro GTK+ i GTKmm je k dispozici aplikace pro tvorbu uživatelských rozhraní Glade [10]. Qt může být při vývoji používáno s programem Qt Creator (je součástí toolkitu Qt), v němž lze navíc zkompilovat a spustit aplikaci v režimu ladění. Můžeme tedy využít nástroj, v němž vlastní aplikaci naprogramujeme, navrhneme její grafické rozhraní a následně ji za pomoci přehledného rozhraní odladíme. GTK+ a GTKmm nabízí nastavení různých ladicích příznaků při kompilaci, čímž se zajistí kontrolní výpisy na různých úrovních detailů. Samozřejmě je možné použít i běžné ladicí nástroje jako např. GDB. Přestože je GTK+ objektově orientované, nebylo by jeho použití příliš výhodné. Pokud by program Rail & Slot Editor byl napsán v C++, je výhodnější použít GTKmm, pokud bych zvolil jazyk C, byla by komplikovanější implementace programu díky absenci přímé podpory objektově orientovaného programování v C. Ve srovnání s GTKmm se mi jako vhodnější jeví Qt díky pokrytí všech oblastí, které v programu využiji, a tedy i konzistentnímu řešení drtivé většiny problémů a přehledné hierarchii tříd. V ostatních aspektech, jako např. základní nabídka widgetů (komponent grafického rozhraní), kvalita dokumentace, či vyjadřovací síla, jsou oba toolkity na stejné úrovni. 13

21 4. POUŽITÉ TECHNOLOGIE Jak již bylo zmíněno, Qt je k dispozici v různých programovacích jazycích. Vybíral jsem mezi C++, v němž je Qt původně vytvořeno, a interpretovaným jazykem Python, jakožto zástupcem z řad moderních jazyků. Qt pro jazyk Python se jmenuje PyQt. Oba jazyky podporují objektově orientované programování a pamět ová náročnost stejných algoritmů je zpravidla podobná, ale C++ vykazuje lepší výsledky [12]. Vzhledem k výpočetní kapacitě současných procesorů a absenci velmi náročných výpočtů v mé aplikaci nemá příliš velký smysl srovnávat zmíněné jazyky na základě rychlosti běhu programu, nicméně programy psané v C++ obvykle běží rychleji, ale rozdíly nebývají velké [13] [14]. Python vyžaduje dodržování odsazení kódu, které je využito např. k určení rozsahů platnosti. Díky tomu je kód často čitelnější, ale také kratší vzhledem k tomu, že se nepoužívají složené závorky jako v jiných programovacích jazycích. V Pythonu se neuvádí datové typy proměnných, a protože Python je první programovací jazyk, u kterého jsem se s touto vlastností setkal, působil na mě kód programu poměrně nepřehledně. V jazyce C++ jsem postrádal prostředky pro automatickou správu paměti, ale s využitím programu Valgrind je možné se výskytu tzv. memory leaks (proměnné alokované na haldě, na které nemáme ukazatel či odkaz a nelze je tedy uvolnit) vyvarovat a alokovanou pamět řádně uvolnit. Před konečným rozhodnutím jsem si vyzkoušel vytváření grafického rozhraní s využitím PyQt a porovnával výsledné programy s jejich ekvivalenty psanými v C++. Odhalil jsem drobné rozdíly a zjistil, že na Linuxu vypadají lépe a více přirozeně programy v jazyce C++, tedy programy využívající Qt. Na základě získaných poznatků, a také v zájmu snazšího zajištění udržovatelnosti a rozšiřitelnosti programu, jsem nakonec zvolil jazyk C++. Pokud z používání programu skutečnými uživateli vyplynou nějaké požadavky na rozšíření, bude pro mě, vzhledem k některým vlastnostem jazyka Python a toolkitu PyQt, snazší doplnit do programu požadovanou funkcionalitu. Toto rozhodnutí nemá žádný vliv na uživatele systémů typu UNIX, uživatelům pracujícím se systémem Windows pak přinese nepatrnou výhodu v tom, že není nutné instalovat kromě PyQt a mé aplikace i interpret jazyka Python. 14

22 5 Počátky vývoje programu Po učinění rozhodnutí týkajícího se výběru technologií, které využiji při programování, bylo třeba se naučit základy práce s Qt, zejména pak s částmi, které zajišt ují grafické rozhraní a jeho interaktivitu. V tomto mi bylo nápomocné množství návodů z různých zdrojů, nicméně za nejvíce užitečné považuji knihu C++ GUI programming with Qt 4 [11] a oficiální stránky Qt kde je k dispozici kvalitní dokumentace, řada návodů jak vytvořit jednoduché aplikace, ale také rozsáhlé diskuzní fórum, které obsahuje množství cenných rad a řešení různorodých problémů. Vzhled uživatelského rozhraní a scénáře jednotlivých úkolů, které budou uživatelé provádět, byly sestaveny tak, aby používání programu bylo intuitivní a snadné. Nejdříve přišly na řadu papírové prototypy a skicy, které byly upravovány a konzultovány s vedoucím železničního oddílu modelářského kroužku v Domu dětí a mládeže Znojmo. V pozdějších fázích vývoje s ním byla prodiskutována i část funkcionality, která zajišt uje práci s modelem železnice, např. flexibilita trati či zohlednění výšky terénu. Skici, které byly vytvořeny, jsou v příloze A. 15

23 6 Elementy uživatelského rozhraní Uživatel bude při své práci s programem potřebovat několik základních prvků rozhraní. V horní části základního okna programu nalezneme hlavní menu a panel nástrojů, jejichž prostřednictvím lze využít téměř kompletní funkcionalitu aplikace. Na levé straně okna je umístěn boční panel, v němž se zobrazuje nabídka modelových dílů vybraných výrobců. Největší část okna je vyhrazena pracovní ploše, na které uživatel staví svůj model. 6.1 Třídy Application a Window Při vytváření programu s použitím Qt hraje klíčovou roli třída QApplication, která zprostředkovává správu paměti všech ostatních prvků rozhraní, při spuštění programu zjistí uživatelské nastavení systému nebo písma používaná v rozhraní zbytku systému. Zajišt uje interaktivitu rozhraní pomocí vyvolání událostí, ale také má přehled o všech oknech našeho programu. Třída Application je potomkem třídy QApplication, ke které přidává několik atributů. Kromě hlavního okna, tedy instance třídy Window, a dvou dialogových oken, která jsou rozebrána v kapitole Doplňkové prvky grafického rozhraní, obsahuje zejména ukazatele na instance tříd Preferences a AppData. Dále do třídy Application patří atributy umožňující přepínání omezeného režimu editace a povolení spojovat v jednom modelu díly od různých výrobců. V metodě setupui() dochází k inicializaci celého uživatelského rozhraní, k vytvoření a načtení databáze výrobců a jejich nabídek modelových dílů, a k přiřazení tzv. slotů k signálům. Mechanismus signálů a slotů je oblastí specifickou pro Qt a slouží ke komunikaci mezi objekty různých typů (např. tlačítko a okno). Sloty jsou členské metody třídy a musí být uvozeny klíčovým slovem slots (např. public slots: následují hlavičky metod), signály jsou metody, jejichž deklaracím předchází klíčové slovo signals. Provedení metody, která je signálem, způsobí zavolání metody, která je slotem, přičemž signál je nejčastěji zavolán při výskytu konkrétní události na grafickém rozhraní. Mezi sloty ve třídě Application se řadí metody pro práci se soubory a pro export informací o modelu do HTML souboru. QMainWindow je třída, jejíž instance se používá jako hlavní okno programu a nabízí šablonu vzhledu, do níž můžeme umístit menu, panely nástrojů, stavový řádek a centrální widget (widget: komponenta grafického rozhraní). Třída Window je potomkem QMainWindow a ve svých atributech má uložené hlavní menu, panel nástrojů, pracovní plochu, postranní pa- 16

24 6. ELEMENTY UŽIVATELSKÉHO ROZHRANÍ nel a základní kontextové menu, které je používané jinde než na pracovní ploše, nebo v postranním panelu. 6.2 Třída WorkspaceWidget Pracovní plocha, na níž uživatel vytváří model a manipuluje s ním, je instance třídy WorkspaceWidget. Ta je potomkem třídy QGraphicsView, což je widget, jehož úkolem je umožňovat zobrazení obsahu grafické scény, tedy objektu typu QGraphicsScene. Ve třídě pracovní plochy si program uchovává informace o momentálně vybraném aktivním bodě a aktivním modelovém fragmentu (vysvětleno v kapitole Vložení nového dílu), obsahuje seznam aktuálně vybraných dílků a také dva seznamy příkazů - pomocí jedné sady byl model krok po kroku vytvořen, pomocí druhé se lze dostat až do počátečního stavu pracovní plochy. Zajišt ují tedy funkce Zpět a Znovu bez omezení počtu kroků. Metody, které jsou implementovány v této třídě zpravidla pouze sbírají data potřebná pro funkce Zpět a Znovu, a poté volají další metody, umožňující práci s modelem. Tím, jak práce s modelem probíhá, se zabývá kapitola Manipulace s modelem, proto zde uvedu pouhý výčet názvů nejdůležitějších metod třídy a velmi krátký komentář: commandexecution() - rozpoznání a provedení příkazů ze seznamů příkazů, pushbackcommand() - manipulace se seznamy příkazů makeitem(), makeborder() - vytvoření modelového dílu či mantinelu, makelastitem() - opětovné vložení naposledy použitého dílu, removeitem(),removefragment() - smazání jednoho dílu či celého úseku trati, connectfragments() - spojení dvou samostatných částí modelu, bendandclose() - spojení dvou bodů v modelu s využitím flexibility kolejového systému, completefragment() - automatizované dopočítání trati mezi dvěma vybranými body. 17

25 6. ELEMENTY UŽIVATELSKÉHO ROZHRANÍ 6.3 Třída SideBarWidget V levé části hlavního okna programu se nachází boční panel, jehož úkolem je zprostředkovat uživateli možnost správy inventáře a vkládání dílů na pracovní plochu. Třída SideBarWidget, jejíž instance zastává funkci bočního panelu, dědí ze třídy QFrame. Mezi funkcionalitu zajištěnou tímto předkem se řadí např. možnost přiřadit widgetu tzv. layout, tedy mřížku, do níž se umist ují další widgety. V této mřížce jsou umístěna dvě tlačítka, nástroj pro výběr výrobce a instance QGraphicsView, v níž se zobrazuje celá nabídka vybraného výrobce. Stisknutí jednoho z tlačítek vyvolá dialogové okno, ve kterém si uživatel vybere výrobce, jehož díly si přeje zobrazit. Druhé tlačítko vyvolává dialogové okno, ve kterém lze specifikovat výrobce, které chceme z nabídky odstranit. Odstranění způsobí, že daný výrobce nebude uvedený ve výčtu výrobců v bočním panelu, ale ponechá už vložené díly tohoto výrobce na pracovní ploše. Třída SideBarWidget obsahuje zejména metody související s úpravou nabídky výrobců, tedy inicializace a zobrazení dialogových oken a zpracování výsledku tedy např. přidání výrobce do nabídky. 6.4 Doplňkové prvky grafického rozhraní Kromě už popsaných elementů jsou při běžné práci s programem často používány i jiné prvky, pomocí kterých může uživatel komunikovat s programem a naopak. Při uložení či otevření souboru s vymodelovanou tratí je používán vestavěný dialog z Qt, konkrétně QFileDialog, který dovoluje specifikovat povolené přípony souborů a jiná nastavení. Uživatel má možnost zobrazit si výčet použitých dílů spolu s dalšími užitečnými informacemi, které usnadňují stavbu skutečného modelu nebo nákup potřebných dílů, v dialogovém okně. To je vytvořeno za použití tříd QDialog, QFormLayout a QTreeView. Díky poslední zmíněné třídě jsou použité díly řazeny do stromové struktury a uživatel má snadný přístup k více úrovním detailů. Chybová hlášení se uživateli zobrazují v instanci třídy QMessageBox, jež disponuje sadou ikon, které jsou v souladu s platformními zvyklostmi a grafickým stylem. Text hlášení je pak samozřejmě vypsán v jazyce, který má uživatel právě nastaven. 18

26 7 Reprezentace modelu v programu Moje aplikace podporuje díly ze tří základních skupin trat ové díly, krajnice s mantinely pro autodráhu a díly znázorňující vegetaci. Zvažoval jsem, zda by nebylo vhodnější místo krajnic pracovat s obecnějším typem dílu, který by mohl být přidán i k železniční trati, ale vzhledem k tomu, že jsem nenašel v nabídce výrobců vhodné díly, jsem od tohoto řešení upustil. Pro každou ze skupin dílů je vyhrazena jedna třída, přičemž všechny tři mají společného předka abstraktní třídu GenericModelItem. Ta nese základní data, která musí obsahovat každý díl. Jde o český a anglický popis dílu, číslo dílu, vektorový model, množství dílů, které je k dispozici v režimu s omezeným inventářem a produktovou řadu, do které díl náleží. Potomky GenericModelItem jsou třídy ModelItem, BorderItem a VegetationItem, které přidávají funkcionalitu a data specifická pro danou skupinu dílů. 7.1 Druhy dílů Trat ové díly mohou být železniční či autodráhové, přičemž platí, že jeden výrobce může mít v nabídce díly právě jednoho typu. Pro určení druhu dílu, at už autodráhového nebo železničního, se používá výčtový typ Item- Type. Níže jsou uvedeny všechny druhy dílů, se kterými je možné v programu pracovat: zatáčka je charakterizována poloměrem kruhu a úhlem kruhové výseče, rovný díl má libovolnou délku a úhel je vždy roven nule, výhybka může být levá nebo pravá, v případě železnice i trojcestná, křížová nebo s dvojitým křížením, křížení dvou větví trati pod určitým úhlem. Nabídka železničních dílů dále může obsahovat: zakončení trati s nárazníkem, točnu, kolejovou přesuvnu s možností připojit okolní díly ve 4 až 20 bodech. Druhy autodráhových dílů mohou být následující: 19

27 7. REPREZENTACE MODELU V PROGRAMU zatáčka, rovný díl, výhybka, křížení dvou větví trati, zatáčka s křížením, klopená zatáčka, rovný díl se zúžením na obou stranách, rovinka se zúžením program rozlišuje jako samostatné díly rovinku se zúžením na levé, nebo na pravé straně, rovný díl s počítadlem ujetých kol, rovný díl s nájezdovou rampou na skok, rovný díl s výměnou drah (pouze překřížené dráhy), rovný díl s možností výměny drah (možnost pokračovat rovně, nebo vyměnit dráhy). Při výběru dílů, které bude můj program podporovat, jsem se snažil vyvážit množství druhů podporovaných dílů a univerzálnost použití. Řada výrobců nabízí stejný druh dílu, ale u každého výrobce je díl pojat jiným způsobem. Trojcestná výhybka může být symetrická či asymetrická a navíc každá z větví může mít jiný poloměr oblouku i úhel kruhové výseče; pod pojmem šikana najdeme v řadě SCX Original, SCX Digital, Scalextric či Carrera velmi odlišné díly. Zaměřil jsem se tedy na možnost pracovat s díly různých výrobců a poskytnout takové druhy dílů, které umožní nahradit specifické díly kombinací jiných dílů, takže zmíněnou šikanu je pak možné vystavět z několika dílů jiného druhu. Vyhnu se tak situaci, kdy program podporuje desítky druhů dílů, každý z nich se zadává do databáze odlišným způsobem (což by ztěžovalo rozšiřování databáze), ale řadu z nich nabízí vždy pouze jeden výrobce. Díly uvedených typů jsou organizovány do nabídek produktů (třída ProductLine), přičemž platí, že každá nabídka obsahuje pouze díly jednoho měřítka. Pokud výrobce nabízí díly ve více měřítkách, je nutné, aby byly v databázovém souboru uvedeny odděleně. Železniční díly mohou být v měřítku G, L, O, S, OO, HO, TT, N, Z, ZZ nebo T, autodráhové díly v měřítku 1:24, 1:32, 1:43 a HO. Jiná měřítka nejsou podporována. Měřítka jsou v programu používána pro určení, zda je možné k sobě dva díly či trat ové segmenty připojit. V případě železnice je na základě měřítka vytvořena i grafická reprezentace dílu. 20

28 7. REPREZENTACE MODELU V PROGRAMU Kromě trat ových dílů je možné pracovat i s nekolejovými díly. K autodráhovým dílům lze připojit díly s krajnicí a svodidlem. Díly krajnice mohou být určeny pro zatáčku a pro rovnou trat. Krajnice pro zatáčku může být vnitřní nebo vnější a stejně jako trat ový díl je určena svým poloměrem a úhlem kruhové výseče. Rovná krajnice je dána svojí délkou a v databázi dílů ji lze označit jako ukončovací díl. Potom je vytvořen mírně odlišný vektorový model dílu. Na pracovní plochu lze také umístit modely znázorňující stromy či keře. Tyto modely jsou specifikovány svými rozměry a ročním obdobím. Oba parametry ovlivňují vzhled modelu. 7.2 Grafická reprezentace dílů Vektorové modely jednotlivých dílů vychází ze třídy QGraphicsPathItem. Funkcionalitu předka rozšiřuje nebo upravuje odvozená třída GraphicsPath- Item. Jejím úkolem je zajistit inicializaci kontextového menu a dialogu, ve kterém si uživatel může nastavit dostupné množství daného dílu. Potomky GraphicsPathItem jsou třídy GraphicsPathItemModelItem, GraphicsPathItemBorderItem a GraphicsPathItemVegetationItem, které zpracovávají události na uživatelském rozhraní a zajišt ují správné vykreslení dílu. QGraphicsPathItem obsahuje předpřipravené funkce pro posun a výběr prvků ve scéně. Funkce umožňující výběr je v programu použita, ale bylo zapotřebí mírně upravit grafickou stránku věci. Kolem vybraného prvku Qt standardně vykresluje hraniční obdélník, který nevypadá příliš dobře, proto je nyní vybraný prvek zvýrazněn zeleným obrysem (železniční díly), nebo jinou barvou výplně (ostatní díly). Vestavěnou funkci pro posun jsem nepoužil, jelikož zmínění potomci jsou pouze nositeli vektorových modelů a veškeré změny polohy, at už jde o posun nebo otáčení, je třeba provést i v entitách nesoucích informace o jednotlivých dílech či úsecích trati. Součástí QGraphicsPathItem je i metoda type(), která vrací hodnoty výčtové konstanty QGraphicsItem::Type. Ta je použita pro zajištění správného fungování ukládání a načítání souborů a funkcí Zpět a Znovu. Při spuštění editoru se načte knihovna dílů v podobě textového souboru a z obsahu souboru se odvodí vzhled dílů. Podoba vektorového modelu je ovlivněna tím, jak je daný díl specifikován. V případě železničních trat ových dílů je vzhled ovlivněn měřítkem, určujícím šířku trati, druhem dílu, poloměry oblouků a úhlem kruhové výseče, či délkou rovných dílů. Vizuální stránka autodráhové trati je založena na stejném principu jako u železnice, ale navíc se bere v úvahu počet drah a vzdálenost mezi nimi. Na- 21

29 7. REPREZENTACE MODELU V PROGRAMU stavení výšky v jednotlivých bodech nijak neovlivňuje vykreslení modelu. Na základě schopností a výkonu modelových lokomotiv a autodráhových vozidel se předpokládá, že v rámci jednoho dílu nebude převýšení natolik výrazné, že by bylo nutné díl zkrátit a zohlednit tak převýšení. Díly krajnice pro autodráhu svým vzhledem znázorňují písčitou krajnici a obrubník u okraje trati a podobně jako u trat ových dílů se na vzhledu podílí úhel a poloměr zatáčky či délka rovného dílu. Vektorový model vegetace je vytvořen tak, aby připomínal korunu stromu, jejíž rozměry jsou specifikovány v databázi dílů. Barva výplně je určena ročním obdobím, které je nastaveno u konkrétního dílu. 7.3 Třída ModelItem Trat ové díly autodráhy i železnice jsou v programu zastoupeny instancemi třídy ModelItem. Ta rozšiřuje svého předka o data potřebná k práci s díly a přidává řadu funkcí umožňujících manipulaci s díly. Každý díl si nese informaci o svém typu, což je hodnota výčtového typu ItemType, a o svých poloměrech či rozměrech, pro něž jsou k dispozici dva atributy. Pokud se jedná o zatáčku pro železnici, používá se pouze jeden z nich, druhý je roven nule, v případě autodráhy se používají oba a je v nich uložen vnější a vnitřní poloměr oblouku. Rovné železniční díly používají pouze jeden atribut vyjadřující polovinu délky dílu. Autodráhové rovné díly používají opět oba, přičemž v jednom z nich je uložena polovina délky dílu a v druhém šířka dílu. Výhybky mohou využívat oba atributy pro vyjádření poloměrů oblouků svých jednotlivých větví. V případě, že se jedná o levotočivý díl libovolného typu, jsou hodnoty poloměrů záporným číslem. Důležitou charakteristikou trat ových dílů jsou koncové body, ve kterých je možné připojit jiné díly. Každý koncový bod je vyjádřen svými souřadnicemi, úhlem natočení, sousedním dílem, který může být v bodě připojen, výškou v bodě a vektorovým modelem ukazujícím aktuální výšku. Pokud díl nemá žádného souseda ve svém počátečním bodě, nebo v bodě který při neutrálním natočení dílu (takové, kdy je celý díl, nebo v případě výhybek alespoň jedna větev, symetrický podle osy y) směřuje doleva, je daný úhel upraven o 180, aby díly vložené v těchto bodech směřovaly opačným směrem. Tato úprava je provedena při vkládání dílu na pracovní plochu. Třída ModelItem také řídí vytváření vektorového modelu na základě informací o dílu a implementuje virtuální metody svého předka rotate() 22

30 7. REPREZENTACE MODELU V PROGRAMU a moveby(). Tyto metody aplikují transformaci na vektorový model a následně upraví hodnoty souřadnic a úhlů v koncových bodech. Při práci s modelem může dojít k potřebě zohlednit pružnost kolejového systému. V programu je vyjádřena konstantou, která je ovlivněna délkou oblouku daného dílu. V případě rovných železničních a všech autodráhových dílů je tato hodnota dále snížena, aby flexibilita trati co nejlépe odpovídala skutečnosti. Přestože mají autodráha i železniční trat řadu rysů společných, najdeme i několik odlišností. Trat autodráhového okruhu velmi často vede více dráhami, při úpravách výšky trati pak můžeme s jednotlivými díly manipulovat ve více bodech a téměř vždy je možné připojit svodidla či díly s krajnicí a mantinelem. Každý trat ový díl má mezi svými atributy ukazatel, který má v případě železnice hodnotu NULL, v případě autodráhy ukazuje na instanci třídy SlotTrackInfo. Jedná se o pomocnou třídu, v níž jsou uloženy informace o počtu drah, vzdálenosti mezi dvěma dráhami, vzdálenosti první dráhy od vnějšího okraje dílu a informace o bodech, v nichž je možné připojit mantinely (seznam souřadnic, grafických prvků a ukazatelů na připojené mantinely). 7.4 Třída ModelFragment Třída ModelFragment je využívána pouze trat ovými díly. Každá instance zastupuje jeden souvislý úsek trati, přičemž nemusí jít o uzavřený okruh. Hlavním důvodem pro použití třídy, která by mohla díly seskupovat, je jednodušší identifikace dílů na pracovní ploše, urychlení vkládání nových dílů a možnost výpisu informací o modelu v přehledné formě. Každý úsek trati má svoje identifikační číslo, které je využíváno funkcemi Zpět, Znovu a při načítání ze souboru. V kombinaci s pozicí vektorového modelu ve scéně se tak dá snadno a rychle (vyhledávání prvků v QGraphicsScene má logaritmickou časovou složitost) určit, se kterým dílem se bude manipulovat. Mimo to si každá instance třídy ModelFragment udržuje seznam dílů, ze kterých je úsek trati složen, a seznam koncových bodů, v nichž je možné připojit další díly. K informacím o koncových bodech patří souřadnice bodu a úhel v bodě, grafický prvek koncového bodu a také díl, který se v daném bodě nachází. Vždy platí, že z počátečního dílu, tedy dílu, ze kterého byl 23