Praktische Informatik 2 (MB)

Graphische Bedienungs-Oberfläche (GUI):

graphische Anzeige in einem oder mehreren Fenstern zur interaktiven Arbeit mit einem Programm
Eingabe-Elemente
- Push-Button
- Check-Box
- Radio-Button
- Textfeld
- Pop-Up Menü
- Listbox
- Tabelle
Ausgabe-Elemente
- Textfeld
- Tabelle
- Graphik
zu jedem Eingabe-Element gehört eine Ausführungsfunktion (Callback)
Funktionsweise
- Programm erzeugt beim Start Fenster mit GUI-Elementen
- wartet auf Eingabe
- ruft bei Eingabe die Callback-Funktion des aktivierten Eingabe-Elements auf
- diese erzeugt (u.a.) Ausgabewerte für die Ausgabe-Elemente
ereignis-gesteuerte Programmierung
- Benutzer löst eine Aktion aus (Klick auf Button, Eingabe von Werten)
- Eingabe-Element löst ein Event aus
- dem Event zugeordnete Callback-Funktion wird ausgelöst

Vorhandene Funktionen zum Einbauen in die Oberfläche:

truss = loadTruss('bruecke');
[M, C] = createMatrices(truss);
[Phi, freq] = computeEigenvalues(M, C);
plotTruss(truss);
plotMode(Phi(:,1), truss);
F = plotModeAnimation(xe, truss);

Beispielprogramm trussGUI1:

Aufgabenstellung
- Berechnung der Eigenfrequenzen des Beispiel-Fachwerks
- Eingabe der Ordnung
- Ausgabe der Frequenz
gewünschte GUI
Erstellen der GUI
- hier mit interactivem Werkzeug GUIDE (GUI Development Environment)
- alternativ auch komplette GUI-Erstellung mit M-File-Programmierung möglich

Starten von GUIDE:

guide am Matlab-Prompt eingeben
Auswahl von Blank GUI und Ok → GUIDE-Fenster erscheint
Fenstergröße verkleinern (schwarzes Kästchen unten rechts)

Einfügen der benötigten Elemente:

für die Überschrift Textelement ("Static Text" ) auswählen und mit Mausklick an gewünschter Position einfügen
ebenso weiteres Text-Elemente für Hinweistext
zur Eingabe der Ordnung Eingabetextfeld ("Edit Text" )
drei weitere Textelemente nebeneinander für Hinweistext, Ausgabe des Zahlenwerts und Einheit
abspeichern unter trussGUI1
erzeugt Dateien trussGUI1.fig (Graphikdaten) und trussGUI1.m (Programmstart und Vorlagen für die Callback-Funktionen)

Anpassen der Komponenten:

Property Inspector öffnen mit View/Property Inspector
- Klick auf eine Komponente im GUIDE-Fenster
- zeigt Liste aller Parameter mit ihren Werten
- können direkt editiert werden

Parameter für Überschrift (text1)

Eigenschaft	alter Wert	neuer Wert
FontSize	10	16
String	Static Text	Eigenschwingungen eines Fachwerks
BackgroundColor	dunkelgrau	hellgrau (z.B. [0.941 0.941 0.941])

Darstellungsfenster (Größe und Position) anpassen

analog für die weiteren Elemente

Element	Eigenschaft	alter Wert	neuer Wert
text2	String	Static Text	Ordnung der Eigenschwingung
text2	BackgroundColor	dunkelgrau	hellgrau
text3	String	Static Text	Eigenfrequenz:
text3	BackgroundColor	dunkelgrau	hellgrau
text4	String	Static Text	-1.234567
text4	BackgroundColor	dunkelgrau	hellgrau
text5	String	Static Text	Hz
text5	BackgroundColor	dunkelgrau	hellgrau
edit1	String	Edit Text	1
edit1	BackgroundColor	grau	weiß

allgemeine Eigenschaften (figure)
- durch Klick auf den Hintergrund
- Color von dunkelgrau auf hellgrau
Hinweise zum Fine-Tuning
- Layout/Snap to Grid ggf. deaktivieren
- Position und Größe evtl. direkt eintragen bei Parameter Position
abschließen mit
- File/Save und File/Close
Programm starten mit trussGUI1
- fertige Oberfläche erscheint
- Wert der Ordnung kann (beliebig!) geändert werden
- <ENTER> im geänderten Textfeld bewirkt (natürlich!) nichts

Einbau der Callback-Funktion:

Bei Eingabe eines Wertes (mit <ENTER> bestätigt) soll die entsprechende Eigenfrequenz angezeigt werden
Callback-Funktion edit1_Callback des Textfelds edit1 schon in trussGUI1 angelegt

Parameter von edit1_Callback

hObject	Zeiger (handle) auf das Textfeld edit1
eventdata	unbenutzt
handles	enthält Zeiger auf alle Elemente und ggf. Benutzerdaten

eingegebenen Text holen (als String!)
- modeText = get(hObject,'String');
am besten gleich in eine Zahl wandeln
- modeNr = str2double(get(hObject,'String'));
berechnete Eigenfrequenz fe zur Ausgabe in eine Zeichenkette mit 6 Nachkommastellen wandeln
- sFreq = sprintf('%8.6f', fe);
Text von Textfeld text4 auf diesen Wert setzen
- set(handles.text4, 'String', sFreq);

kompletter Inhalt der Callback-Funktion (incl. Kontrolle der Eingabe)

truss = loadTruss('bruecke');
[M, C] = createMatrices(truss);
[Phi, freq] = computeEigenvalues(M, C); 
             
modeNr = str2double(get(hObject,'String'));
if (1 <= modeNr) && (modeNr <= 2*truss.N)
   fe = freq(modeNr);
   sFreq = sprintf('%8.6f', fe); % Eigenfrequenz als String
   set(handles.text4, 'String', sFreq);
end

Testen → klappt!

Verbessern von trussGUI1:

Probleme
- zeigt am Anfang sinnlosen Wert
- berechnet bei jeder Eingabe Fachwerk und seine Eigenfrequenzen neu
Lösungsidee
- beim Programmstart wird trussGUI1_OpeningFcn automatisch ausgeführt
- darin Berechnung der Eigenfrequenzen
- dort auch Wert zu modeNr = 1 anzeigen

am Anfang von trussGUI1_OpeningFcn einfügen

truss = loadTruss('bruecke');
[M, C] = createMatrices(truss);
[Phi, freq] = computeEigenvalues(M, C); 
             
% Setze Frequenz für Startwert 1
fe = freq(1);
sFreq = sprintf('%8.6f', fe);
set(handles.text4, 'String', sFreq);

automatisch erzeugte Zeilen folgen (nicht löschen!)
Test klappt, Anfangswert wird richtig angezeigt
nun in edit1_Callback Zeilen 1-3 löschen (Berechnung von truss und freq)
- → Eingabe neuer Werte klappt nicht mehr
Ursache:
- in trussGUI1_OpeningFcn definierte Werte (truss, freq) sind in edit1_Callback nicht bekannt!

Übergeben von Benutzer-Informationen:

Mechanismus zur Weitergabe von Benutzerdaten
- Struktur handles enthält Zeiger auf alle Komponenten
- kann durch eigene Daten ergänzt werden
- ist durch Parameter-Übergabe in allen Callback-Funktionen bekannt

Erweiterung in trussGUI1_OpeningFcn nach den eigenen Rechnungen

% speichere Daten als GUI Data
handles.truss = truss;
handles.freq = freq;

danach folgende Zeile
- guidata(hObject, handles);
- speichert Daten in handles
Auspacken der handles-Daten am Anfang von edit1_Callback
- ```
freq = handles.freq;
truss = handles.truss;
```
alternativ direkte Verwendung von handles.freq etc.
komplettes Programm: trussGUI1.fig, trussGUI1.m

GUI mit Plotbereich:

Ziel: Erweitern von trussGUI um Anzeige der Eigenvektoren
Vorbereitungen mit GUIDE
- trussGUI1.fig öffnen
- als trussGUI2.fig speichern
- Layout-Fläche vergrößern (etwa auf 12 x 8 Kästchen)
- Überschrift mittig anordnen
- restliche Texte nach rechts schieben
Plotbereich
- Achsenkreuz ("Axes" ) hinzufügen
- Größe: 6.5 x 6 Kästchen
Fenstergröße vom Anwender veränderbar machen
- unter Tools/GUI Options... Eigenschaft Resize behavior auf Proportional setzen
- wichtig bei Anwendung unter verschiedenen Systemen
abspeichern → trussGUI2.fig, trussGUI2.m
Plot-Kommando in trussGUI2_OpeningFcn hinzufügen
- etwa vor Speichern der GUI-Daten
- plotTruss(truss)
  plotMode(Phi(:,1), truss);
- starten → klappt
plotten nach Mode-Änderung:
- Eigenvektoren in trussGUI2_OpeningFcn speichern
- handles.Phi = Phi;
- Rechnung in edit1_Callback ergänzen um
- plotTruss(truss)
  plotMode(handles.Phi(:,modeNr), truss);
- Testen → klappt

Animation der Eigenschwingung hinzufügen:

mit GUIDE trussGUI2.fig öffnen
- als trussGUI speichern
- Push Button () hinzufügen
- Beschriftung auf Animation ändern
- Größe anpassen

pushbutton1_Callback füllen mit

truss = handles.truss;
Phi = handles.Phi; 
             
modeNr = str2double(get(handles.edit1, 'String'));
if (1 <= modeNr) && (modeNr <= 2*truss.N)
  xe = Phi(:, modeNr);
  F = plotModeAnimation(xe, truss);
  movie(F,4);
  plotMode(xe, truss);
end

Zugriff auf erzeugte Plots:

Problem: Zugriff auf GUI-Figure und -Achsen normalerweise nicht möglich
Idee: Zeiger axes1 auf Achsensystem als Ergebniswert zurückgeben
dazu Rückgabewert in trussGUI_OutputFcn ändern
- varargout{1} = handles.axes1;
- hier auch beliebig viele weitere Rückgabewerte möglich (varargout{2} etc.)
Aufruf der GUI jetzt mit Ergebniswert
- h = trussGUI;
GUI benutzen, dann fertigen Plot besorgen mit
- F = getframe(h);
abspeichern des Bildes z.B. mit
- imwrite(F.cdata, 'juhu.png');
fertige Version in trussGUI.fig, trussGUI.m

Aufgaben:

Aufgabe 15

Erstellen graphischer Oberflächen