Table Of ContentOliver Deussen
Thomas Ningelgen
Programmieren lernen
mit Computergrafik
Eine Einführung mit Java und Processing
Programmieren lernen mit Computergrafik
Oliver Deussen • Thomas Ningelgen
Programmieren lernen mit
Computergrafik
Eine Einführung mit Java und Processing
Oliver Deussen Thomas Ningelgen
Universität Konstanz Konstanz, Deutschland
Konstanz, Deutschland
ISBN 978-3-658-21144-8 ISBN97 8-3-658-21145-5 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-21145-5
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Vorwort
ProgrammierungistdieKunst,einenComputergenaudastunzulassen,
wasmanmöchte.Programmierenzukönnenheißtaberauch,Compu-
terwirklichzuverstehen.EsisteinefaszinierendeFertigkeit,mitder
sichauchvieleProblemedesAlltagslösenlassen.Manistnichtmehr
gezwungen, nach fertigen Computerprogrammen für ein Problem zu
suchen,sondernkannoftselbsteineLösungherstellen.
DieFrage,welchedervielenProgrammiersprachenfürAnfängeroder
Fortgeschritteneambestengeeignetist,istkaumzubeantworten.Man
kannabersehrwohleineListevonerwünschtenEigenschaftenandie
Programmierspracheerstellen.BeispielsweisedenWunschnachPlatt-
formunabhängigkeit, d. h. das erstellte Programm soll auf Microsoft,
AndroidundOSX(Apple)ausführbarsein.Damitverkleinertmandie
AnzahlderzurWahlstehendenSprachenerheblich.
LeiderherrschtauchkeineEinigkeitdarüber,welches„Programmier-
paradigma“ bzw. welcher Programmierstil am Anfang zu wählen ist.
ObjektorientierteProgrammierungbeschreibtalleProblemeüberOb-
jekteundderenInteraktion.AnhängerdiesesProgrammierparadigmas
gebendasMottoaus:„Objectsfirst!“VordemErlerneneinerProgram-
mierspracheseizuerstdasKonzeptderObjektorientierungzuerlernen.
LeiderfunktioniertdasunsererErfahrungnachjedochnicht,ohnekon-
kreten Programmcode zu schreiben und beides auf einmal zu lernen,
überfordertviele.DaherverzichtenwirbewusstaufdenEinstiegüber
dieObjektorientierung,sondernbeschreibenzuerstdieGrundlagender
normalen (imperativen) Programmierung über eine Reihe hoffentlich
spannenderComputergrafik-Beispiele.SpäterdannfolgteineEinführung
indieObjektorientierung.
ImGegensatzzuanderenBüchernhabenwirunsentschieden,dieauf
JavaaufbauendeProgrammiersprache„Processing“zuverwenden,weil
sieallewichtigenKonzeptevonJavaundaußerdemeineeinfacheund
dennochsehrvielfältigeGrafikumgebungbietet.EineSprachewie„Pas-
cal“,dieinden80-erJahrenihrenSiegeszugandeutschenSchulenund
Universitätenantrat,wäreheutealsEinstiegnichtmehroptimal,weil
mandamitwedereineGrafikerzeugenkann,nochohneWeiteresein
„Interaktionsfenster“(Window)zusehenbekommt.DasErgebniseines
Pascal-ProgrammsistimweitestenSinneimmernurText.
Hier bietet die Programmiersprache „Processing“ einen Ausweg. Sie
bestehtimKernausderProgrammierspracheJava,diesichalsIndus-
triestandard durchgesetzt hat, erweitert diese aber durch Funktionen V
zurErzeugungvonGrafikelementen,eineneinfachzubedienendenEdi-
torunddieMöglichkeit,ersteinmalohneobjektorientiertenBallastzu
programmieren.
DiesesBuchbietetaufdieserBasiseineEinführungindieProgrammie-
rungmitgrafischenBeispielen.AusgehendvoneinfachenBausteinen
werdenimmerkompliziertereProblemegelöstundaufdieseWeisedie
wichtigstenKonzeptederProgrammierungbehandelt.DasSchönean
derComputergrafikist,dassmannebenbeivieleBildererzeugtundseine
Fertigkeiten auch dazu benutzen kann, aus kleinen Beispielen große
ComputergrafikenmitkomplexenInhaltenzumachen.Meistgenügen
nureinpaarkleineÄnderungenandenimBuchgezeigtenBeispielen.
AlledieseBeispielelassensichsogarmiteinemLaptopdurchführen.
Voraussetzungistnur,dasssichdieProgrammierumgebung„Processing“
dortinstallierenundausführenlässt.DassolltenSievorabtesten,laden
SiediefürIhrenComputergeeigneteVersionderProgrammierumgebung
vonwww.processing.orgherunter.MehrdazuimEinführungskapitel.
ProcessingwurdeübrigensamMIT(MassachusettsInstituteofTech-
nology) entwickelt, um möglichst schnell Programme mit grafischer
Ausgabeschreibenzukönnen.Wirverwendenes,weilsichdieGrund-
lagenderProgrammierungdamitbesonderseinfachveranschaulichen
lassenundesvielenMenschenFreudemacht,damitzuarbeiten.
ProcessingkannabernichtnurinteressanteBilderundAnimationener-
zeugen,eserlaubtauchdieInteraktionmitdemComputer,dasErzeugen
vonMusikundSoundundvielesmehr.EsisteinkleinesUniversummit
schier unbegrenzten Möglichkeiten. Viele kreative Menschen auf der
Weltverwendenes,umihreIdeenumzusetzen.
NebenderStandardversiongibtesVariantenzurProgrammierungvon
Android-AppsoderzurErzeugungvoninteraktivenWebinhalten,auch
zurAnsteuerungvonHardwareüberArduino-Boards.Dassindkleine
Computer, die man an den eigenen Rechner anschließt und die nach
geeigneterProgrammierungallemöglichenAufgabenzurSteuerungund
Regelungz.B.imHaushaltübernehmenkönnen.
WirlebenineinerEpoche,diespätereinmalalsdieEpochederDigita-
lisierungindenGeschichtsbüchernstehenwird.DerComputeristdas
dominierende Gerät dieser Epoche. Programmieren heißt sich dieser
Welt zu öffnen, die Programmierung ist das Handwerkszeug unserer
Zeit,ProgrammierersindheutediewirklichenVerändererunsererGe-
sellschaft.Wirsolltennichtnurdarüberreden,sondernversuchen,eszu
verstehen.
VI
Webseite zum Buch:
www.springer.com/9783658211448
AufdieserSeitefindenSiealleimBuchverwendetenProcessing-Beispiele
undMusterlösungenfürdieAufgaben.
Webseiten der Autoren:
ThomasNingelgen:
www.ningelgen.eu
(ErgänzungsprogrammeinProcessing,MaterialfürLehrer)
OliverDeussen:
graphics.uni-konstanz.de
(ComputergrafikauswissenschaftlicherSicht)
VII
Inhalt
1 Einführung 1
ComputergrafikmitProcessing
1.1 Losgeht’s! 3
1.2 Robotergesicht 3
1.3 AlgorithmenundProgramme 4
1.4 Programmzustände 5
1.5 Säufernase 6
1.6 WeiteregrafischeFormen 7
2 Zutaten 9
Typen,Variablen,AusdrückeundFunktionen
2.1 EinfacheDatentypen 10
2.2 Farbe:EinspeziellerDatentyp 12
2.3 Variablen 12
2.4 Arrays 14
2.5 Strings 15
2.6 Ausdrücke 15
2.7 LogischeAusdrücke 17
2.8 Funktionen 18
3 Kontrollstrukturen 21
If/else-undcase-Anweisung,Schleifen
3.1 Blöcke 22
3.2 Die„for“-Schleife 23
3.3 ZeichenflächemitbuntenQuadraten 24
3.4 ZeichenflächemitbuntenRechtecken 25
3.5 Diewhile-unddo-while-Schleife 26
3.6 Rechteckemitwhile-Schleife 27
3.7 Die„ifthenelse“-Anweisung 28
3.8 Dieswitch-Anweisung 29 IX
4 Mengen 31
Inhaltsverzeichnis
ArraysundFelder:AufbewahrenvonvielenDingen
4.1 EindimensionaleArrays 34
4.2 ErzeugenundVerändernvonPixeln 38
4.3 ZweidimensionaleArrays 41
5 Bilder 45
Laden,SpeichernundVerändernvonBildern
5.1 EinerstesObjekt:DasBildobjekt 46
5.2 WeitereEigenschaftendesBildobjekts 50
6 Prozeduren 53
Anweisungsblöckeselberschreiben
6.1 ZufälligeRechteckemitsetupunddraw 54
6.2 Quadratfunktion 55
6.3 Prozedur-AufrufeinProzeduren 56
6.4 VariableProzedurenundFunktionen 60
6.5 Iterationen 61
6.6 UnbeabsichtigteNebenwirkungen 66
6.7 Rekursionen 68
6.8 RandomversusSecureRandom 73
7 Interaktion 77
ZusammenarbeitmitdemComputer
7.1 TastatureingabemitkeyPressed() 78
7.2 AllgemeineTastatureingabe 79
7.3 InteraktionmitderMaus 80
8 Input/Output 83
Dateneingeben,Datenausgeben
8.1 Ausgabemöglichkeiten 84
8.2 Textdateienlesen,anzeigen,schreiben 87
8.3 AllgemeineDateienlesenundschreiben 88
X 8.4 InformationeninBilddateien 90
