3 Diseño de software completamente par

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1 3 Diseño de software La implemetació del sistema está efocada e el paradigma orietado a objetos. E este capítulo se describe las cosideracioes de diseño para el desarrollo del software, detallado la arquitectura del software así como las clases que lo coforma. De igual forma se especifica las características de validació para el EVM y ua represetació a grades rasgos de la iterfaz gráfica de usuario. Las cosideracioes del sistema de modelado de sólidos creado cumple co lo siguiete: Domiio: Los objetos represetados e el sistema correspode a al cojuto de los Pseudo Poliedros Ortogoales (OPP) D. Para la visualizació los objetos caracterizados so 3D y 4D. Por lo aterior, e esta implemetació se limita a la visualizació de OPP s 3D o 4D. Validez: Las estructuras válidas represetadas e el sistema perteece al subcojuto del espacio Euclidiao E 3 o E 4, éste cotiee u cojuto completamete par de putos dado que cada ua de sus líeas de vértice orietadas paralelamete a algú eje cartesiao cotiee tambié u úmero par de vértices. Lo aterior se logra mediate el dibujado de cajas usado OUoDBM. Completitud: Los objetos represetados, so completamete cerrados y oambiguos, o carece de elemetos como plaos o volúmees que los defie itrísecamete. 58

2 Uicidad: No importado el ordeamieto de u cojuto dado de vértices, éstos siempre represetará el mismo OPP. Itegridad: Gracias al uso de la librería GLScee la elimiació de partes ocultas y la proporció de los objetos e patalla se hace de forma automática. Complejidad: Los tiempos de ejecució para las operacioes etre istacias y desplegado de objetos se detallará e el capítulo 5 de este documeto. 3. Arquitectura del Software El patró de arquitectura de software implemetado e el proyecto correspode a Model View Cotroller (modelo, vista y cotrolador o MVC), el cual separa la lógica de la aplicació de la iterfaz de usuario (GUI). Se eligió este patró dado que la lógica o úcleo del software se costruyero primero y posteriormete se motó el motor gráfico sobre ésta. Tambié fue ideal porque permitió ejecutar el úcleo idepediete al GUI, así como las pruebas de validació y la obteció de los tiempos de ejecució de las fucioes. Del mismo modo se tomó e cueta la estructura de u sistema de modelado de sólidos geeralizado por [Requicha, 99] (Secció 2..3), quedado como sigue: Figura 3-. Arquitectura simple del software implemetado. 59

3 E la figura aterior observamos las iteraccioes etre los actores del sistema: el usuario igresa los comados mediate el GUI, la aplicació iterpreta las etradas depediedo del estado de la edició y evía parámetros al modelo y a la librería GLScee usado la relació de clases existete. A este paso le podemos llamar comados API porque existe u cotrato que especifica parámetros de etrada para devolver resultados específicos usado otra etidad de software. Termiado lo aterior, se puede seguir dos rutas: la primera cosiste e guardar el resultado como u archivo EVM válido, y la seguda, e eviarlo a u pre-procesamieto que permite desplegar fácilmete u EVM mediate cajas. Fialmete, si se hizo la coversió a OUoDBM, se evía los resultados al GUI y éste los devuelve al usuario e forma de gráficos. E esta versió se descarta los formatos estádares de itercambio (ver figura 2-) dado que el alcace de este proyecto o abarca la coversió a otros esquemas, salvo al OUoDBM para el despliegue y edició. 3.2 Estructura de clases La arquitectura aterior se coforma por u grupo de clases que iteractúa para hacer el trabajo de maera orgaizada, las tareas está relacioadas y agrupadas e cada ua co u ombre distitivo. Fialmete, se recurre a la programació orietada a objetos, para implemetar las características de las clases icluso de aquellas que se ecuetra e librerías Clase TEVM TEVM Types: CoordType: Double Vertice: Array of CoordType Box: Array of vértice //Arreglo de dos elemetos +datos: Array of vértice +dim: It = 0 //estructura que soporta la dimesió de u EVM +realdimesio: It //dimesió real del EVM (puede ser meor cuado se está e vetaas de recursió avazadas) +umvertices: It //Tamaño del polítopo +vertexpoiter: It //Aputador de vértices +p: It //Número de couplets o plaos de vértice 60

4 +valid: boolea //idica si es o o valido +boudigbox: Box //Caja evolvete míima compuesta por Vb y Ve para las particioes <<Costructor>> +create(iput dimesio: it): TEVM +create(iput fileame: strig): TEVM <<Methods>> -PutPlv(plv: TEVM, realdim: it) -PutBrik(Vb, Ve: vertice) +ReadBrik(var Vb, Ve: vertice) -SetCoord(Coord: CoordType; realdim: It) -PutBool(plv: TEVM; boolop: It; appedp: Boolea) +Split(partitioValue: coordtype; perpedicularaxe: It; var Q, R: TEVM) +addextremevertex(ev: vértice) -DSort(criteria: Array of It) -readplv(realdim: It): TEVM +getcoord(realdim: It): CoordType +edofdata(): Boolea +mergexor(q: TEVM; realdim: It): TEVM //El kerel del EVM -boolopd(q: TEVM; boolop: It): TEVM //Caso base de booloper +boolop(q: TEVM; realdim, boolop: It): TEVM//Caso geeral de las oper booleaas recursivo +validateevm(): Boolea +equals(q:tevm): Boolea +GetSectio(plv: TEVM; realdim: It): TEVM +GetPlv(Sj: TEVM; realdim: It): TEVM +boxtoevm(siglebox: box): TEVM +boolopdisertio(boolop: It; boolstatep, boolstateq, boolstater: Boolea;isertio:vertice; res: TEVM): Boolea +coutnp() -extobject(q:tevm; realdim: It; var coord: CoordType; var fromp, fromq: Boolea) Figura 3-2. Diagrama UML de la clase TEVM La clase TEVM es el Modelo e el patró MVC, represeta el maejo de la iformació y las reglas lógicas que se usa para maipular los datos. La implemetació de esta clase se basó por completo e los algoritmos descritos por [Aguilera, 98], las modificacioes hechas fuero para adecuarse a u formato orietado a objetos, si embargo los parámetros so los ecesarios para cumplir co los requerimietos de los métodos (fucioes o procedimietos e Delphi). 6

5 E esta clase observamos algoritmos como mxor que es el úcleo operativo de esta clase. Su uso exhaustivo permite calcular couplets o plaos de vértices que describe esecialmete a ua figura. Igualmete observamos el método pricipal recursivo para las operacioes booleaas, como tambié para el caso base que procesa la uió, itersecció y diferecia a ivel de líeas de vértice (D) Otro método que se implemeta e esta clase correspode a boxtoevm, el cual dado u vértice míimo y máximo geera todos los vértices que describe a ua caja e cuestió (ver secció 2.6.2) Asimismo ecotramos atributos como realdimesio que idica la dimesió actual del polítopo, permitiedo la obteció recursiva de los couplets o plaos de vértice de dimesioes iferiores hasta llegar al caso base. boudigbox es calculado cada que se valida ua istacia del EVM, está coformada por dos vértices, el míimo y máximo, y facilita el algoritmo de partició Clase TMMAtriz Types: TMatriz: array of vértice; TMMAtriz -mat: TMatriz <<Costructor>> +Create(row, col: It): TMMAtriz +Create(matTemp: TMatriz): TMMAtriz <<Methods>> +setrow(row: It; x, y, z, w: Double) +setrow(row: It; arreglo: array of CoordType) +setvalue(row, col: It; value: Double) +getvalue(row, col: It): Double +getrow(): It +getcol(): It +getidetity(rows: It): TMMatriz +mmult(mat2: TMMatriz): TMMatriz +miverse(i, j, k: It): TMMatriz 62

6 +quicksortmatrix(criteria: Array of It; p,r: It) -partitio(criteria: Array of It; p,r:it): It -compare(uo, dos: Vertice; crit: Array of It): It +$get4dprojectio(fromx,fromy,fromz,fromw,x,y,z,w:coordtype): vertice +$get4dprojectio(fx,fy,fz,fw:coordtype; row:vertice): vertice Figura 3-3. Diagrama UML de la clase TMMatriz TMMatriz posibilita los procesos algebraicos correspodietes al avegador 3D/4D, usado operacioes etre matrices, ordeamietos, comparacioes y proyeccioes de 4D a 3D. E esta clase se ubica parte del cotrolador para las rotacioes, órbitas y movimietos e las 6 direccioes (arriba, abajo, derecha, izquierda, adelate y atrás) co respecto a la posició del observador (From) y u lugar específico de visió (At) Clase TVertex TVertex +vertice: Array of CoordType +dim: It <<Costructor>> +Create(dim: It; ver: Array of CoordType): TVertex <<Methods>> Figura 3-4. Diagrama UML de la clase TVertex TVertex es la uidad básica de represetació gráfica. Cotiee los datos de u puto ubicado e el plao cartesiao (arreglo de flotates) y su dimesió Clase TNavegador TNavegador //No se muestra todos los atributos de esta clase, ya que la mayoría sirve como cotroladores para el GUI +Form: TForm +Form2: TForm +Form3: TForm +MaiPael: TPael +GLCamera: TGLCamera +GLScee: TGLScee +GLSceeViewer: TGLSceeViewer +Light: TGLLightSource 63

7 <<Costructor>> +create(seder: TObject) <<Methods>> +FormPait +updatefields +boxtoopegl(abox: Box; architectural:boolea) +boxtoopegl4d(abox: Box;isNewBox:Boolea) +savefile() +DisplayEVM(display:TEVM; architectural:boolea) +UioClick(Seder: TObject) +ItersectioClick(Seder: TObject) +DifereceClick(Seder: TObject) +bsplitclick(seder: TObject) +GLSceeViewerMouseDow(Butto: TMouseButto; Shift: TShiftState; X, Y: It) +GLSceeViewerMouseMove(Butto: TMouseButto; Shift: TShiftState; X, Y: It) +GLSceeViewerMouseUp(Butto: TMouseButto; Shift: TShiftState; X, Y: It) Figura 3-5. Diagrama UML de la Iterfaz Gráfica de Usuario La Iterfaz Gráfica de Usuario (GUI) tiee como atributos los compoetes que se despliega e patalla para el avegador, la mayoría so botoes, paeles, campos de texto y casillas de verificació. De aquí cabe resaltar los atributos como Form, Form2 y Form3 que costituye las vetaas pricipales del programa. GLCamera, GLScee, y GLSceeViewer so istacias de la librería de OpeGl que hace posible ubicar u observador, objetos, ejes y plaos detro de ua marco para rederearse. Por último, Light ilumia la escea para que los gráficos sea visibles por el usuario Clase TOUoDBM TOUoDBM +sortigtype: Array of it //Criteria [x, x2, x3,..., x4] +Boxes: It +boxes: Array of box; <<Costructor>> +create() <<Methods>> -AppedBox(tempBox: box) -AppedBox(Vb, Ve: vertice) +EVMtoOUoDBM(P: TEVM; couplet:array of CoordType; realdim: It) Figura 3-6. Diagrama UML de la clase TOUoDBM 64

8 E este diagrama se muestra la estructura de la clase que trasforma ua istacia del EVM a u cojuto ordeado de cajas. sortigtype idica el criterio de ordeamieto para la partició del sólido (ver secció 2.6.2); Boxes idica cuátas cajas coforma el modelo y boxes es el arreglo de cajas, dode cada caja está compuesta por vértices míimos y máximos Diagrama de clases TEVM TMMatriz TNavegador TOUoDBM 3 GLScee TGLScee TGLSceeViewer TGLCamera TGLLightSource TGLSceeObject TVertex Figura 3-7. Diagrama de clases UML del Software El diagrama aterior describe el fucioamieto del software. La clase TNavegador es la clase activa durate toda la ejecució del programa (GUI), ésta geera 3 vetaas de avegació que se utilizara para desplegar 3 istacias EVM. La primera vetaa de avegació despliega el objeto pricipal, el cual podrá ser editado y/o particioado perpedicular a cualquier eje. La seguda vetaa de avegació permite editar u segudo objeto el cual podrá uirse, restar y/o itersectarse co el primer objeto. El GUI istacia 3 elemetos de TGLScee, TGLSceeViewer, TGLCamera, TGLLightSource porque so las etidades que permite el redereo e cada ua de las 3 65

9 vetaas de avegació y etidades de TGLSceeObject, el cual es el superpadre de los objetos desplegados e patalla como cubos, plaos aristas, ejes, etc. La implemetació de estas clases se hace de maera trasparete a través de la librería GLScee. Igualmete, TNavegador utiliza objetos de TEVM los cuales so el úcleo o modelo de este software, accede a las operacioes típicas del EVM mediate el evío de parámetros a través de métodos. Asimismo usa istacias de la clase TMMatriz, la cual es parte del cotrolador de la aplicació, ya que covierte las etradas del usuario e parámetros estádar para ser utilizados por TEVM, de igual forma maeja todos los procesos del avegador como lo so movimietos, rotacioes y órbitas. Posteriormete recurre a elemetos de TOUoDBM para desplegar las cajas e patalla. TEVM tambié utiliza TMMatriz, porque es de esta clase dode se procesa automáticamete las proyeccioes así como tambié los ordeamietos de los datos para su validació usado QuickSort. Y por último se coforma de varias istacias, geeralmete pares, de la clase vértice. Las relacioes que existe etre la clase activa y las demás so uidireccioales, ya que éstas o está cocietes de TNavegador Tiempo de ejecució E esta secció se preseta el diseño de la clase que tomará los tiempos de ejecució del software. TTime +grupo,grupo2: TEVM +j:iteger +CPUClock: exteded +ticks: it64 +foutputstream: Text +foutputstream2: Text +foutputstream3: Text +foutputstream4: Text +foutputstream5: Text <<Costructor>> TEVM 66

10 <<Methods>> -GetCPUTick: It64 -CalibrateCPU: It64 -TicksToStr(Value: it64): Strig +StartTime Figura 3-8. Diagrama UML de la clase que tomará los tiempos de ejecució. De forma geeral TTime fucioa de la siguiete maera (modificado de [DeepSoftware, 03]): Se calibra el CPU y se crea los archivos de escritura ecesarios para los resultados Iicia la rutia StartTime la cual carga dos grupos de EVM g y g2 y escribe la cardialidad o catidad de vértices que suma etre los dos El programa obtiee el tiempo actual de la computadora e Ticks del procesador Se realiza diferetes operacioes etre los grupos g y g2 de objetos EVM El programa obtiee el tiempo actual de la computadora y se resta co el tiempo aterior para obteer la duració del proceso Por último se guarda los resultados 3.3 Formato de archivos E el siguiete formato se preseta las características del coteido de u archivo que represetará ua istacia del EVM. Los tipos de extesioes para los archivos de etrada so.evm y.brik, y se ecuetra e texto plao. Las características para cada uo se describe e seguida. Cabe señalar que las extesioes.evm y.brik de u cojuto de vértices EVM (P), o so dos represetacioes distitas, sio sólo dos formatos para guardar ua misma etidad, icluso si cada ua tiee u ordeamieto distito ya que u archivo puede teer la descripció de sus vértices e algú orde particular o e iguo e absoluto y aú así fucioar e el software. 67

11 3.3. Archivos EVM La extesió.evm idica ua istacia del EVM, aquí se guarda todos y cada uo de los vértices extremos co los que se describe a u OPP-D (P). Debido a que es u archivo de texto plao, la iformació coteida puede ser modificada fuera del software provocado icogruecias o modelos o válidos, por eso, cuado u archivo es cargado se validará de tres formas que veremos e la secció 3.4. E la siguiete figura se muestra la descripció para u archivo de extesió.evm. La primera líea especifica la dimesió, posteriormete se lista cada ua de las compoetes de los vértices extremos. Dimesió D x, <espacio> x 2, <espacio> x 3,...<espacio> x D, x,2 <espacio> x 2,2 <espacio> x 3,2...<espacio> x D,2... x, <espacio> x 2, <espacio> x 3,...<espacio> x D, Figura 3-9. Geeralizació del formato de archivo.evm Referecia Ejemplo Dimesió 3 Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Vértice extremo Figura 3-0. Ejemplo de u archivo.evm 68

12 3.3.2 Archivos Brik La extesió.brik idica ua istacia del EVM e u formato distito a.evm, e esta ocasió se guarda las líeas de vértice de u OPP-D (P). Cabe recordar que dado u ordeamieto, u brik está formado por dos vértices cuya coordeada fial es distita e ua relació mayor-meor, sabiedo esto, se puede costruir u formato que simplifique la redudacia dada e el formato.evm. Se escribe u vértice V y la última coordeada del vértice V 2 porque las primeras compoetes de V 2 so idéticas a las de V E la siguiete figura se muestra la descripció para u archivo de extesió.brik. La primera líea especifica la dimesió, posteriormete se lista cada ua de las compoetes de los vértices extremos más la compoete distita para formar ua tupla e u solo regló. Dimesió D x, <espacio>x 2, <espacio>x 3,...<espacio>x D, <espacio>x D,2 x,3 <espacio>x 2,3 <espacio>x 3,3...<espacio>x D,3 <espacio>x D,4... x,- <espacio>x 2,- <espacio>x 3,-...<espacio>x D,- <espacio>x D, Figura 3-. Geeralizació del formato de archivo.brik Referecia Ejemplo Dimesió 3 Vértice extremo y Vértice extremo 3 y Vértice extremo 5 y Vértice extremo -3 y Vértice extremo - y Figura 3-2. Ejemplo de u archivo.brik 69

13 3.4 Diseño de la validació Al cargar u archivo y crear ua istacia EVM el software verifica esecialmete 3 cosas: Que la extesió del archivo sea.evm o.brik Ua vez cargado el archivo, se corrobora la paridad del úmero de vértices Si la paridad es correcta, se verifica los briks del modelo para cada ordeamieto correspodiete a u eje del plao cartesiao, cumpliedo que las coordeadas del vértice V k sea igual a las coordeadas del vértice V k+ excepto e la última, dode la coordeada x D,k de V k sea meor a la coordeada x D,k+ de V k La última validació corrobora la correspodecia para cada líea de vértices e cada ordeamieto, lo que implícitamete estaría validado la coherecia de cada uo de los couplets o plaos de vértices y por ede la validez de las froteras de u OPP-D. Figura 3-3. Los tres ordeamietos ecesarios para validar u OPP-3D Figura 3-4. Resultado implícito de la validació, los plaos de vértice so modelos EVM válidos que coforma ua estructura coherete. 70

14 Figura 3-5. Cotraejemplos para la validació. a) Figura co u úmero impar de vértices. b) Figura co vértices pares, pero co briks icompletos 3.5 Diseño de baja fidelidad de la iterfaz La versió ejecutable del software será desplegada e 3 vetaas del sistema operativo. Como ya se mecioó todas puede editar, mover, rotar, hacer zoom y guardar u modelo EVM. Si embargo, la vetaa pricipal se especializa e cocetrar las operacioes booleaas así como la partició perpedicular a u eje; la seguda vetaa sirve como visualizador de soporte para u segudo modelo que puede uirse, restar o itersectar al modelo desplegado e la primera vetaa. Por último, la tercera veta sirve como soporte para desplegar los resultados de ua operació booleaa o partició de sólidos. Las tres vetaas cotedrá los mismos compoetes visuales, estructuradas por 4 elemetos eseciales elistados a cotiuació: Barra de meús Barra de herramietas Pael de visualizació Pael de avegació 7

15 Figura 3-6. Diseño de baja fidelidad para ua vetaa de avegació 3.6 Notas del capítulo E esta ocasió cocluimos la factibilidad del desarrollo de u editor para OPP s a través de u esquema orietado a objetos usado el Modelo de Vértices Extremos. Así mismo el patró de arquitectura de software es Model View Cotroller, quie permite separar la lógica de la patalla de avegació. Es esta idepedecia la que permitió desarrollar u kerel que soporte y valide D aú cuado el prototipo del avegador o estaba desarrollado. Se estableciero dos formatos de archivo aceptados por esta aplicació, los cuales tiee la restricció de coteer la dimesió e el primer regló y posteriormete vértices extremos o briks que represete u modelo válido si importar su orde. Por último, se diseñó u pequeño bosquejo de la patalla del avegador para orgaizar las etradas del usuario e operacioes de avegació, operacioes de visualizació y operacioes del modelo. 72