При разработке прикладных программ представляется полезным создание графического интерфейса пользователя . Фактически, это создание среды расчета задач определенного класса без программирования со стороны пользователя. Как правило, такие интерфейсы имеет смысл разрабатывать для задач с несколькими параметрами если предполагается неоднократное решение подобных задач. В таком случае целесообразно разработать графический интерфейс, который помогает пользователю получать результаты решения задачи (как правило в графическом виде) при определенном выборе параметров. Такой интерфейс может быть также удобен при создании учебных задач, потому что обучающийся в таком случае основное внимание тратит не на программирование или решение задачи, а на подбор требуемых параметров, анализ и осмысление получающихся результатов.

Из приведенного выше краткого введения понятно, что обязателными элементами графического интерфейса при решении научных и/или учебных задач должны быть:

1. Одно или несколько окон для вывода графических результатов расчета.

2. Несколько редактируемых окон, с помощью которых задаются и/или изменяются значения параметров задачи.

3. Управляющие кнопки, которые позволяют запускать и останавливать процесс расчета, перерисовывать результаты, выходить из задачи.

4. Поясняющие надписи (статический текст).

Конечно, возможны и другие элементы управления, такие как прокручиваемые списки, радио-кнопки для выбора одного из многих вариантов и т.д., но в настоящем пособии мы рассмотрим подробно только перечисленные в списке четыре типа. На рис.8 показан простейший интерфейс, созданный для исследования биений, образующихся при сложении двух гармонических колебаний с близкими частотами. Как видно из рисунка, все вышеперечисленные элементы в нем присутствуют.

Для создания такого интерфейса можно воспользоваться функциями графического вывода, а также специальной функцией, разработанной для интерактивного взаимодействия пользователя с рисунком. Эта функция называется uicontrol . Но для упрощения работы и создания однотипных элементов интерфейса в системеMATLAB имеется специальная программа, которая позволяет на уровне визуального программирования, почти без написания кода создать требуемые элементы.

Рис. 8. Простейщий графический интерфейс пользователя для решения задачи “Биения”

9.1. Создание внешнего вида интерфейса

В этом параграфе мы рассмотрим использование MATLAB для разработки внешнего вида графического интерфейса (GUI -GraphicsUserInterface) с использованием средств графического (визуального) программирования. Для вызова визуального редактора необходимо в командном окнеMATLAB набрать командуguide . По истечении определенного времени, определяемого быстродействием вашего компьютера, появятся два новых окна, показанные на рис.9 . Одно из них – панель управления (Control Panel , на рисунке слева) и форма или область рисования (Figure , на рисунке справа). Эти окна могут перекрываться, но мы для ясности изложения расположили их рядом. Показанная выше картинка появится на экране в том случае, если перед вызовомguide отсутствует какой-либо открытый рисунок. В случае же если функцияguide вызывается после отрисовки какого-либо рисунка, то он открывается вместо пустого. Мы же рассмотрим создание графического интерфейса с самого начала.

Перед созданием графического интерфейса желательно “разработать проект” того, что вы хотите иметь в качестве интерфейса. Мы рассмотрим пример вывода трех разных сигналов в трех подокнах, что в терминах графики высокого уровня определялось бы операторами subplot(3,1,k), где k - номер графика. Кроме того,

Рис. 9. Общий вид визуального графического редактора и окна редактирования
справа от собственно подокон с графиками мы хотим иметь три редактируемых по-
ля, в которых можно осуществлять ввод/редактирование числовых значений трех
переменных. Пусть эти переменные принимают произвольные значения.
В данном изложении мы не будем оснащать наши редактируемые окна провер-
кой, удовлетворяют ли введенные значения каким-либо условиям, хотя такое воз-
можно. Назовем эти переменные N, R, C. В данном примере имеется в виду расчет
тока в RC-цепи при подаче на зажимы сигнала с номером N, а R и C - сопротив-
ление и емкость в цепи (подробное описание задачи см. в параграфе 10 основного
текста пособия).
Наш интерфейс должен позволить менять зна-
чения N, R, и C, получая в трех расположенных
друг над другом подокнах сигнал (напряжение,
подаваемое на зажимы), производную от сигна-
ла и напряжение на сопротивлении U r . Помимо
окон для вывода графиков и редактируемых окон	R u n E x i t
ввода необходимо поместить на панель интерфей-
са еще две кнопки - RUN - запуск программы на	Рис. 10. Вид интерфейса
счет и EXIT - прекращение работы и удаление
графического окна.
На первом этапе необходимо разработать внешний вид интерфейса. Пусть по
нашему предварительному экскизу интерфейс должен выглядеть приблизительно
следующим образом (рис. 10 ). Элементами этого интерфейса являются три окна

вывода графиков (axes в терминах панели управления), три статических надписи N,R,C (text ), три окна ввода/редактирования данных (edit ) и две кнопки (push ).

Для создания подокон, в которые будут выводиться графики, ис- пользуется кнопка, показанная справа на рисунке (окно и оси). Щелк-нув по этому элементу на панели управления и переведя мышь на панель рисунка, необходимо поместить крест, котрый будет на кончике мыши, в то

место, где должен находиться левый верхний угол первого подокна. Нажав и удерживая левую кнопку мыши, необходимо вытянуть получающийся прямоугольник до нужных размеров. После этого процедура построения двух других окон повторяется аналогично.

Для создания редактируемых окон ввода используется кнопка edit , показанная справа. Используется она так же, как при создании подокон с осями. Сначала появляется мышь, нагруженная крестиком, с помощью которой строится прямоугольник ввода.

Надписи на панели рисунка создаются с помощью кнопки text , которая переносится и выравнивается аналогично вышеописанному. Для того чтобы внутри области статического текста появилась какая-либо

надпись, необходима работа с редактором свойств, который вызывается либо при помощи кнопки Property editor , либо с помощью двойного нажатия левой кнопкой мыши на соответствующем объекте на панели рисунка.

Для создания и размещения кнопок используется панель с надписью Push . Способ размещения кнопки и выбора ее размера полностью совпадает с методом, описанным выше для окна редактирования и окна статического текста.

Построенные таким образом окна вывода и редактирования, окна статического текста и кнопки, а также другие объекты можно выровнять и установить определенные промежутки между ними с помощью панели выравнивания (Alignment Tools ).

Для этого необходимо на панели управления щелкнуть по соответствующей кнопке, и появится панель выравнивания. Для задания ряда объектов, с которыми будут выполняться какие-либо действия, необходимо их выделить, щелкая по каждому из них при нажатой клавишеShift . Выделенные объекты отмечаются

черными точками вокруг соответствующих объектов. При необходимости изменить размер какого-либо объекта (кнопки, окна и т.д.) необходимо щелкнуть по этому объекту с помощью левой кнопки мыши и с помощью мыши изменить требуемый размер так же, как и размер любого окна Windows.

При работе с графическими объектами на панели рисунка желательно раскрыть (с помощью соответствующей кнопки окна Windows) панель рисунка на весь экран и выбрать размер всех объектов на панели рисунка.

Поскольку по умолчанию размеры всех объектов задаются в пикселях, это может привести к тому, что при изменении размера окна вывода кнопки и/или окна могут наехать друг на друга. Для избежания такого нежелательного явления необходимо задать единицы размера всех объектов в безразмерных переменных – долях размера окна. Этот размер называется normalized . Для этого необходимо вызвать редактор свойст щелкнув на панели управления на кнопке с над-

писью Property editor . Выделив в верхнем окне редактора свойств все введенные нами объекты (с помощью удерживаемой клавишиCtrl и выделения объектов левой кнопкой мыши), в нижнем окне редактора свойств находим свойствоUnits (единицы измерения) и выбираем его щелчком левой кнопки мыши. После этого в средней части редактора в специальном окне слева появится свойствоUnits , а справа - окно выбора значений, в котором имеется раскрывающийся список с допустимыми значениями свойства. Для свойстваUnits необходимо выбрать значениеnormalized . Анологично надо задать значение свойстваFontUnits – единицы измерения размера шрифтов. Это обеспечивает изменение размера шрифта при изменении размера окна.

Для размещения надписей на кнопках и в области статического текста необходимо выделить соответствующий объект (либо двойным щелчком прямо в области рисунка, либо в верхнем окне редактора свойств) и в нижнем окне редактора свойств найти свойство String , и после его выделения вписать между кавычками требуемый текст (например, ’Пуск’ на соответствующей кнопке). Для задания надписей над каждым из окон вывода необходимо выделить соответствующее окно и вызвать редактор свойств8 , в нижнем окне которого надо найти свойствоTitle .

8 Редактор свойств можно вызвать не только с помощью кнопки на панели управления, но

и двойным щелчком на соответствующем объекте.

yadobr 14 января 2014 в 09:10

Проектирование графического интерфейса пользователя

• Интерфейсы

Введение

В современном мире миллиарды вычислительных устройств. Еще больше программ для них. И у каждой свой интерфейс, являющийся «рычагами» взаимодействия между пользователем и машинным кодом. Не удивительно, что чем лучше интерфейс, тем эффективнее взаимодействие.

Однако далеко не все разработчики и даже дизайнеры, задумываются о создании удобного и понятного графического интерфейса пользователя.

Для себя я начал с постановки вопросов: общие принципы, какие элементы интерфейса(ЭИ) создать, какой у них должен быть дизайн, где их правильно размещать и как они должны себя вести.
Ниже я постараюсь ответить на эти вопросы.

Общие принципы

Какие ЭИ создать?

Какой должен быть дизайн ЭИ?

На самом деле, дизайн ЭИ - тема отдельной статьи. Тут нужно учитывать все: начиная от цвета, формы, пропорций, заканчивая когнитивной психологией. Однако, несколько принципов все же стоит отметить:

Как правильно расположить ЭИ на экране?

Как ЭИ должны себя вести?

В заключении

Эта статья не претендует на самый полный справочник принципов проектирования интерфейса. Графический интерфейс пользователя - это обширная тема, тесно переплетенная с психологией, занимающая умы ученых и сотни страниц книг и исследований. В столь малом формате, никак не выразить всю полноту затронутой темы. Однако, соблюдение базовых принципов, позволит строить интерфейсы более дружелюбными к пользователю, а так же упростить сам процесс проектирования.
Спасибо за внимание.

Литература

Джеф Раскин , «Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем»
Алан Купер , «Об интерфейсе. Основы проектирования взаимодействия»
Алан Купер , «Психбольница в руках пациентов»

Традиционный графический подход к интерфейсу с пользователем связан с работами Сазерленда, Ньюмена и др. , в котором взаимодействие базируется на использовании графического дисплея с регенерацией и светового пера. Дальнейшее развитие графического диалога связано с прогрессом в области систем интерактивной машинной графики, который привел к регламентации в виде международных стандартов.
GKS - первый международный графический стандарт. В нем впервые зафиксированы концепции "рабочих станций" и логических устройств ввода (клавиатура, выбор, локатор, валюатор, указатель, ввод последовательности координат). К сожалению задуман во время превосходства парадигмы векторного рисования. Отсюда слабость поддержки диалога: отсутствие возможности ввода новых устройств или видоизменения изображения устройства на экране даже из прикладной программы (пользователя графического пакета), что приводит к необходимости использования в основном символьного ввода при организации диалога. Реализация диалога в GKS прерогатива прикладной программы, возможности раздельного проектирования не предполагается.
Второе направление графики - растровая графика оказала чрезвычайно большое влияние на все последующее развитие интерактивных систем. Все основные черты интерфейса с пользователем на современных рабочих станциях суть производные от работ Xerox PARC: управление окнами

• использование графических символов ("икон") для представления объектов
• стиль взаимодействия, называемый непосредственным манипулированием
• популярность "мыши" как устройства позиционирования на экране
• объектно-ориентированный стиль программирования.

С тех пор система классификации инструментария для создания и управления пользовательским интерфейсом рассматривается на трех уровнях:

1. системы управления окнами (WMS - Window Manager System);
2. специализированный инструментарий;
   • обычный (MacIntosh, SunView . . .)
   • объектно-ориентированный (Smalltalk-80, Andrew, InterView)
3. системы управления пользовательским интерфейсом.

В следующих разделах будут даны краткие характеристики, статус и функциональное описание каждого из этих уровней.

Системы управления окнами (WMS)

Многооконная технология обеспечивает пользователя доступом к большему объему информации, чем это возможно при работе с одним экраном. Окна дают доступ ко множеству источников информации. Пользователь может объединять информацию от нескольких источников, исследовать информацию на разных уровнях детализации. В мультипрограммном режиме есть возможность управлять несколькими параллельными задачами. Вход и выход каждой задачи отображается в разных окнах, позволяя пользователю сосредоточиться по необходимости на каждой задаче.
WMS, операционная среда связанных с окнами ресурсов управления, осуществляет поддержку:

• перекрывающихся окон (прямоугольных областей экрана);
• различных устройств ввода (цифровых и аналоговых);
• курсоров;
• шрифтов.

Интерфейс со стороны оператора и прикладной программы содержит команды заведения/уничтожения окон, изменения их размеров и положения, поднятие наверх, сжатия окна до пиктограммы и восстановления. Содержит графическую библиотеку вывода (только основные примитивы) и обработчик событий. Тем самым есть некие механизмы для реализации пользовательского интерфейса.
Возможны реализации WMS двух типов: базовая система (Kernel System), работающая на одной машине, и сетевая (Network oriented), реализуемая на основе модели клиент-сервер.

Инструментарий создания пользовательского интерфейса

Аннотация: Изучаются выджеты - визуальные элементы, из которых состоит графический интерфейс пользователя, их компоновка, политика размеров, сигнально-слотовые соединения, элементы графического интерфейса и их использование.

13.1 Виджеты (Widgets)

Виджеты (Widgets ) - это визуальные элементы, из которых состоит графический интерфейс пользователя.

Примеры виджетов:

• Кнопка (класс QPushButton );
• Метка (класс QLabel );
• Поле ввода (класс QLineEdit );
• Числовое поле-счётчик (класс QSpinBox );
• Строка прокрутки (класс QScrollBar ).

В Qt есть около 50-ти готовых классов графических элементов доступных для использования. Родительским классом для всех виджетов является класс QWidget . От него наследуются все главные свойства визуальных элементов, которые мы тщательно рассмотрим. Исследование способов разработки программ с графическим интерфейсом начнём с примера.

Создадим пустой файл проекта. Запустим мастера проектов и выберем в разделе Projects (Проекты) пункт Other Project (Другой проект) . Далее выберем тип проекта Empty Qt Project (Пустой проект Qt) . К файлу проекта добавим содержимое:

TEMPLATE = app #Модули Qt, которые мы будем использовать QT += widgets #Добавляем модуль widgets для работы с виджетами (необходимо для Qt5). TARGET = widget#Название исполняемого файла SOURCES += \ main.cpp

Теперь создадим простую программу с окном, в котором мы будем выводить надпись. Установим размер окна и текст его заголовка, а также установим шрифт для надписи. Для этого создадим файл main.cpp со следующим содержанием:

#include #include int main (int lArgc, char * lArgv ) { //Создаём объект QApplication, который инициализирует и настраивает оконную программу, //управляет её выполнением с помощью цикла обработки событий QApplication lApplication (lArgc, lArgv); QLabel lLabel; //Создаём виджет QLabel - метка lLabel.setText (" I am widget! "); //Задаём текст для метки lLabel.setGeometry (200, 200, 300, 150); //Задаём размеры - позицию (x, y) ширину и высоту. Задаём выравнивание текста lLabel.setAlignment (Qt::AlignHCenter | Qt::AlignVCenter); //Класс QFont используют для настройки параметров шрифта. //Выбираем семейство шрифтов Arial Black и размер 12. QFont lBlackFont (" Arial Black ", 12); lLabel.setFont (lBlackFont); //Задаём шрифт для метки lLabel.show (); //Вызываем метод show() для показа метки на экране. return lApplication.exec (); //Запускаем программу на выполнение exec() выполняет //цикл обработки событий. Программа ожидает действия пользователя и выполняет их обработку. }

Как видим, элементы, из которых состоят интерфейсы в Qt , имеют собственные позицию и размер - так называемую "геометрию" - и, таким образом, занимают соответствующую прямоугольный участок на экране (см. рис. 13.1). Также каждый из элементов имеет настройки, которые определяют его поведение и вид.

Рис. 13.1.

Для создания структуры виджеты организовывают в иерархию по принципу "часть - целое". Каждый из виджетов может содержать другие виджеты. Такой визуальный элемент становится "родителем" (родительским виджетом) для элементов, которые он содержит. Отметим, что такие отношения не следует путать с наследованием в C++ - отношениями между классами в программе. Отношения между виджетами являются отношениями между объектами. Такие отношения порождают несколько последствий:

• родительский элемент будет отвечать за удаление дочернего элемента: если родительский виджет удалят - то он автоматически удалит и все дочерние элементы;
• родительский виджет размещает дочерние виджеты внутри себя, части дочерних виджетов, которые выходят за пределы родителя будут невидимыми;
• часть состояния родительского виджета передаётся дочерним - это касается некоторых свойств (видимость, активность) и стилей, которые накладываются на визуальный элемент.

Виджеты, которые не имеют родителя (виджеты верхнего уровня), имеют вид отдельных окон в программе. Рассмотрим пример. Назовём новый проект ParentExample . Файл проекта будет содержать обычные для GUI -проекта настройки:

TEMPLATE = app TARGET = ParentExample QT += widgets

Для виджета, который мы будем использовать в качестве главного окна создадим новый класс. Для этого в категории Files and Classes (Файлы и классы) выберем раздел С++ и выберем С++ Class (см. рис. 13.2).

Следующим шагом будет создание нескольких элементов на окне. Для этого откроем файл parentwidget.cpp и изменим код конструктора класса. Для отображения элементов достаточно создать их в конструкторе класса и задать ParentWidget как отца для них. Код parentwidget.cpp выглядит так:

#include " parentwidget.h " #include #include #include ParentWidget::ParentWidget (QWidget * parent) : QWidget (parent) { //Создаём метку, указывая родительский виджет - this, то есть экземпляр класса ParentWidget. QLabel * lLabel=new QLabel (this); //Позиция относительно левого верхнего угла родительского виджета. lLabel ->setGeometry (50, 0, 100, 30); lLabel ->setText (" TextLabel "); //Текст на метке. //Создаём кнопку, задаём "родителя", геометрию и текст QPushButton * lPushButton = new QPushButton (this); lPushButton->setGeometry (50, 50, 100, 30); lPushButton->setText (" PushButton "); //Создаём поле ввода, задаём "родителя", геометрию и текст QLineEdit * lLineEdit = new QLineEdit (this); lLineEdit ->setGeometry (50, 100, 100, 30); lLineEdit ->setText (" LineEdit "); lLineEdit ->selectAll (); //Выделяем текст в поле ввода (просто для примера) //Наконец изменяем размер родительского виджета setGeometry (x (), y (), 300, 150); //и задаём текст заголовка окна setWindowTitle (" parent widgetExample "); }

Поскольку родительским элементом является ParentWidget , то метка (QLabel ), кнопка (QPushButton ) и текстовое поле (QLineEdit) находятся в его пределах. Позицию дочерних виджетов задают относительно левого верхнего угла отца. В этом легко убедиться изменив размеры и позицию окна нашей программы. Обратите внимание на то, как мы создавали элементы пользовательского интерфейса в динамической памяти используя оператор new . Это гарантирует, что элементы не будут удалены после завершения работы конструктора ParentWidget .