SlotGen : generador de circuits slot
Anuncio
Departament d’Enginyeria Informàtica i Matemàtiques SlotGen : generador de circuits slot TITULACIÓ: Enginyeria Tècnica en Informàtica de Sistemes AUTOR: Diego Franco Pérez DIRECTOR: Pere Millán Marco DATA: 4 de Setembre 2014 SlotGen Generador de circuits slot Índex 1- Objectius del projecte ..................................................................................................... 4 2- Especificacions del projecte ........................................................................................... 5 3- Disseny ........................................................................................................................... 8 4.1- Representació interna de les pistes ......................................................................... 8 4.2- Validació d’un circuit ........................................................................................... 11 4.3- Generació dels circuits .......................................................................................... 13 4.3.1- Generació aleatòria ............................................................................................ 13 4.3.2- Generació segons traçat desitjat ......................................................................... 14 4.3.3- Generació amb backtracking.............................................................................. 16 4.4- Dibuix de les pistes i de la interfície gràfica ......................................................... 17 4- Desenvolupament ......................................................................................................... 18 5.1- UML ......................................................................................................................... 21 5.1.1 Model de les pistes .............................................................................................. 21 5.1.2 Model dels mètodes de generació ....................................................................... 23 5.1.3 Model de la finestra principal.............................................................................. 24 5.1.4 Model dels esdeveniments de la finestra principal.............................................. 25 5.1.5 Model de la finestra de detall .............................................................................. 27 5.1.6 Model dels esdeveniments de la finestra de detall .............................................. 28 5- Avaluacions (relació de les proves realitzades per avaluar cada part) ......................... 29 6- Conclusions .................................................................................................................. 37 7- Recursos utilitzats ........................................................................................................ 38 7.1- Bibliografia ........................................................................................................... 38 7.2- Pàgines web .......................................................................................................... 38 7.3- Programari ............................................................................................................ 38 8- Annexes ........................................................................................................................ 39 8.1- Instal·lació ............................................................................................................ 39 8.2- Requeriments ........................................................................................................ 39 8.3- Manual d’ús .......................................................................................................... 39 8.3.1- Pantalla principal ........................................................................................... 39 8.3.2- Pantalla de detall ............................................................................................ 40 8.4- Índex de figures .................................................................................................... 41 9- Resum (Resumen/Abstract).......................................................................................... 42 9.1- Català .................................................................................................................... 42 2 SlotGen Generador de circuits slot 9.2- Español.................................................................................................................. 43 9.3- English .................................................................................................................. 44 3 SlotGen Generador de circuits slot 1- Objectius del projecte El desenvolupament d’aquest programa sorgeix de la voluntat de crear un circuit de slot. Un dia vaig buscar per Internet si havia algun tipus de programa que generés circuits d’alguna forma, per tal de no haver fer moltes proves i agafar idees de traçats. El resultat de la recerca va ser que al mercat hi ha diversos programes de disseny de circuits, que són molt útils per fer-ho de forma manual, sense haver de fer proves muntant el circuit físicament. Però no vaig trobar-ne cap que disposés de la funció que buscava i a alguns fòrums vaig poder comprovar que jo no era l’única persona que ha buscat una utilitat similar. Vaig pensar que seria molt útil poder obtenir diversos circuits possibles a partir de les pistes de què disposa l’usuari i també d’una superfície específica. Tenint en compte aquestes circumstàncies, aquesta solució permetria crear un gran ventall de circuits nous defugint els típics circuits que apareixen a llibrets d’instruccions comercials. L’ampli ventall de resultats que s’obtindrien és un valor afegit, ja que difícilment arribaríem a muntar tants circuits diferents amb un dissenyador de circuits manual, dels que funcionen creant la traçada pista a pista, a partir d’una sola idea prèvia o de la imaginació de l’usuari. El que s’ha intentat és ajustar les característiques del programa a les necessitats reals en què es troba un usuari potencial, aconseguint que els resultats siguin satisfactoris i, sobretot, realitzables. És sorprenent la quantitat de circuits nous que es poden crear amb les pistes que sempre has utilitzat. També m’interessa molt aquest tipus de projecte, ja que la construcció del circuit requereix una avaluació de com representar les pistes, calcular com s’enllacen entre elles i comprovar si realment el conjunt representa un traçat vàlid per a l’usuari. 4 SlotGen Generador de circuits slot 2- Especificacions del projecte Per realitzar aquest projecte necessitem almenys disposar d’un conjunt de pistes de slot. En aquest cas, l’aplicació s’haurà d’orientar a la generació de pistes amb les mides de la marca Ninco, però el codi haurà de possibilitar la implementació d’altres marques i mides. Les característiques de les pistes de la marca Ninco són les següents: Figura 1: Tipus de rectes Figura 2: Tipus de corbes El programa es desenvolupa en Java 1.7 i està pensat per executar-se en un ordinador. Es distribuirà empaquetat en un fitxer .jar executable i és multiSO, però la part visual està orientada a Windows 7. 5 SlotGen Generador de circuits slot Una vegada executat el programa, es mostra la pantalla principal amb cinc parts ben diferenciades: Figura 3: Pantalla principal de l'aplicació A la part dreta es troba, en primer lloc, la secció Pistes i Superfície, on hi ha una relació dels tipus de pistes admesos (descripció de la pista i imatge). Mitjançant caixes de text, l’usuari introdueix les pistes amb què vol generar el circuit i, opcionalment, la superfície a la qual s’ha d’ajustar. Com a requisit obligatori per poder generar un circuit es demana haver introduït, com a mínim, una recta de 40 cm. Aquesta pista correspon a la que conté les connexions dels comandaments. A continuació es troba la secció de Resultats, amb les diferents opcions per generar un circuit segons les preferències: - - Aleatori: és un mode de generar circuits relativament aleatori, mitjançant un sistema de probabilitats segons la quantitat de pistes que hi ha de cada tipus. A més quantitat, més probabilitat de què surtin seguides. Tots els circuits possibles: mitjançant el mètode de tornada enrere (backtracking). Aquesta opció troba tots els circuits generables amb les pistes introduïdes. Traçada: Mitjançant un control lliscador (slider) assigna més o menys probabilitat a les pistes rectes i corbes, de forma que els circuits resultants siguin més sinuosos o més rectilinis. A sota hi ha la part on es pot introduir el temps màxim de cerca: es pot introduir el límit de temps que l’usuari vol esperar generant circuits, on com a mínim es pot introduir 1 segon. 6 SlotGen Generador de circuits slot A la part central de la pantalla hi trobem el panell de resultats amb el logo del programa visible mentre no n’hi hagi cap, que s’anirà omplint a mesura que el programa trobi circuits vàlids. Aquest panell és pot desplaçar verticalment per tal de poder veure tots els resultats obtinguts. Finalment, a la part inferior de la finestra hi ha una barra de progrés, que indica a l’usuari quant queda per finalitzar el procés de generació i el total de circuits trobats. A la part inferior dreta es troben els botons de Generar i Aturar, que permeten començar la cerca de circuits i aturar-la en qualsevol moment, respectivament. En seleccionar un dels circuits mostrats a la pantalla principal, s’obre la finestra de detall del circuit: Aquesta nova finestra té una disposició dels elements similar a la principal. A la part dreta tenim informació del circuit: - - Dimensions del circuit: informació sobre la superfície de què disposa l’usuari i la que realment ocuparia el circuit muntat. Longitud dels recorreguts: és una dada molt útil per saber quina distància recorrerien els dos cotxes i poder valorar si s’adequa a les seves preferències. Uns recorreguts equilibrats seria ideal, però segons en quins casos la diferència de longitud dels carrils es pot compensar gràcies a què els cotxes assoliran diferents màxims de velocitat. Resum de pistes: es mostra en una taula la quantitat de pistes usades per formar el circuit i les pistes de què es disposava. A la part central hi ha el panell amb el circuit seleccionat, el qual es pot fer zoom mitjançant la rodeta del ratolí. D’aquesta manera es pot observar amb més detall i a la mida que l’usuari necessiti el traçat. Per acabar, a la part inferior de la finestra hi ha la seqüència de pistes en ordre de muntatge, per facilitar l’usuari aquest treball. Figura 4:Finestra de detall del circuit 7 SlotGen Generador de circuits slot 3- Disseny El disseny de l’aplicació consta de dues capes separades: la part de generació del circuit i la part gràfica. La generació del circuit engloba la representació interna de les pistes que conformen un circuit, les comprovacions per validar si el circuit és correcte i l’algorisme de generació dels circuits. A l’apartat gràfic es diferencien dues parts: la implementació de la interfície gràfica i el dibuixat de les pistes que formen el circuit. 4.1- Representació interna de les pistes Per tal de manipular i representar en un sistema de coordenades XY qualsevol tipus de pista (rectes i corbes de qualsevol angle i radi) s’ha trobat que un segment seria la manera més senzilla de fer-ho. D’aquesta manera, una forma complicada com és una corba o una recta en 2 dimensions, queda reduïda a un segment amb un punts inicial i final coneguts i determinats per les característiques de la pista física. Finalment, un circuit serà format per un conjunt de segments i serà fàcil identificar els punts d’inici i final per tal de decidir si és un circuit tancat o si compleix els criteris de l’usuari. Figura 5: Esquema de la Recta 40 cm Com es veu a la Figura 5, per representar la pista de 40 cm de llargada i 18 d’amplada s’utilitza un segment delimitat pels punts Pini i Pfin. La inclinació de la pista vindrà determinada per la pista anterior. 8 SlotGen Generador de circuits slot Figura 6: Esquema de la corba estàndard A la figura 6 hi ha representada la corba més habitual en els kits comercials. Es tracta de la corba estàndard, que té un gir de 45º i un diàmetre extern de 84,3 cm. Al gràfic, la pista real està definida amb el punt C com a centre de la circumferència que descriu la corba, l’angle α, i els arcs compresos entre els punts EH com a part interna, i l’arc FM com a part exterior de la pista. Per simplificar aquest tipus de pista s’ha definit el segment BA. Podem observar que la inclinació del segment respecte l’eix X de coordenades no correspon amb l’angle del gir de la corba, concretament és la meitat, en aquest cas, 22,5º. També s’ha de tenir en compte que l’encaix de la següent pista ha de coincidir amb la perpendicular del segment HM. Per tant, l’angle final de la pista es un altre paràmetre que s’ha de tenir en compte per tal de fer la composició entre les pistes. En aquest cas, l’angle final de la pista respecte l’eix X és de 45º, el mateix que el gir de la pista física. 9 SlotGen Generador de circuits slot Per demostrar la importància d’aquest angle final, observem la següent il·lustració: Figura 7: Unió de dues pistes corbes. Podem veure una pista corba estàndard inicial definida pel segment AI, i dues possibles corbes següents: una girant en el sentit horari definit pel segment IJ i l’altra girant en sentit antihorari, segment IJ’. La importància de tenir sempre controlat aquest angle final radica en què aquest serà l’angle inicial de la següent pista. A l’exemple, la pista definida per AI té un angle inicial de 0º, fa un gir en sentit horari de 45º, la qual cosa implica que la següent pista té un angle inicial de -45º (fletxa N). Per tant, l’angle final de la pista IJ seria de -90º (fletxa L). De la mateixa manera, si la segona pista girés en sentit horari, com que l’angle inicial era de -45º i la pista gira en sentit horari li suma 45º, per tant l’angle final de la pista IJ’ seria de 0º (paral·lel a l’eix X) tal i com indica la fletxa M. Aquesta dada també es molt útil per tal de traspassar aquesta representació senzilla de les pistes i dels circuits a l’entorn 2D en el qual s’han de dibuixar les pistes. 10 SlotGen Generador de circuits slot 4.2- Validació d’un circuit Per tal donar per bo un circuit, s’han de complir una sèrie de condicions: El conjunt de pistes ha de formar un circuit tancat. Aquesta és la condició bàsica per poder acceptar un circuit com a vàlid, i que l’angle final de la última pista sigui el mateix que l’angle inicial de la primera pista. D’aquesta manera s’assegura que hi ha continuïtat entre les pistes. S’ha de tenir en compte que pot haver un petit marge d’error entre el punt inicial i el final, ja que les pistes físiques poden tenir una mica de joc i no són tan precises com els càlculs que es pot realitzar mitjançant software (que també té un petit error de càlcul, però en aquest cas es menyspreable). No es pot repetir amb un altre trobat anteriorment: s’ha d’evitar mostrar a l’usuari circuits repetits. Aquesta condició provoca una complicació en la comparació de circuits ja que s’està comparant una llista de dades de forma circular. Això provoca un gran nombre de comparacions ja que per comparar 2 circuits s’haurien de fer n*n iteracions. Figura 8: Circuits equivalents A la figura 8 hi ha representat un exemple de circuits equivalents. La pista ombrejada de blau representa la primera pista que hi hauria emmagatzemada, per detectar que els dos circuits són idèntics s’hauria de trobar una manera de fer coincidir el començament d’ambdós circuits, per tal d’evitar un excés d’iteracions. Per minimitzar aquest problema s’ha pres la decisió que un circuit generat sempre ha de començar per una recta de 40 cm i l’última pista no pot ser cap tipus de recta. Amb aquestes limitacions s’evita generar alguns circuits idèntics i rotats, i també té una lògica aplicada al circuit real, ja que els comandaments s’endollen a una pista d’aquest tipus. Per tal de detectar i descartar circuits rotats, s’ha ideat un sistema que evita recórrer totalment totes les pistes dels dos circuits a comparar. El concepte consisteix en situar sempre com a principi de circuit la recta (o rectes) més llarga del circuit. Per poder detectar quines són les pistes més llargues i la posició de cadascuna d’elles, s’ha pensat mantenir aquestes dades en 2 vectors. Prenent l’exemple de la Figura 6, de cada circuit s’extreuen les següents dades: 11 SlotGen Generador de circuits slot - - Circuit A: o Posició de la primera recta (d’un conjunt) o Longitud de la recta (o conjunt) Circuit B: o Posició de la primera recta (d’un conjunt) o Longitud de la recta (o conjunt) [ 0, [ 1, 2, 2, 7, 1, 9] 2] [ 0, [ 2, 5, 1, 7, 2, 12] 1] Amb aquestes dades es veu com amb només 2 recorreguts com a màxim del circuit ja es detecta que són equivalents. El procés començaria per la pista número 2 del circuit A i la pista número 0 del circuit B i, en aquest cas, a la primera validació ja detectaria que són duplicats. Amb aquest sistema, el millor cas possible seria que el circuit tingués un tram amb més pistes rectes que la resta de trams, sense importar la longitud de les rectes. En aquesta situació, amb una sola comparació de totes les pistes del circuit seria suficient per comprovar si està repetit. Contràriament, el pitjor cas possible seria que tots el trams de rectes tinguessin el mateix nombre de rectes. La quantitat de comparacions necessàries seria igual al número de trams de rectes que tingués el circuit. Hi ha un tipus de comparació entre circuits que s’ha decidit no implementar. Aquest cas és el circuit “reflectit”, és a dir, els circuits són els mateixos però com si es miressin amb un mirall: Figura 9: Circuits reflectits La validació d’aquest circuit implicaria, com es veu a simple vista, recórrer un circuit en sentit horari i l’altre en sentit antihorari. Aquesta decisió s’ha pres pel cost computacional que afegiria, i s’ha comprovat empíricament que la quantitat de circuits d’aquest tipus que apareixen com a resultat no és elevat. Per tant, s’intenta que hi hagi un compromís entre la qualitat dels resultats i el que costa validar-los. 12 SlotGen Generador de circuits slot 4.3- Generació dels circuits S’ha pensat tres mètodes de generació de circuits que pot escollir l’usuari: aleatori, segons traçat i tots els circuits possibles. 4.3.1- Generació aleatòria El mètode de generació aleatòria es basa en el mateix procés que faria una persona quan es disposa a muntar un circuit: separar les pistes segons el tipus i apilar-les per separat. Una vegada apilades, a cada pila se li assigna una probabilitat de ser seleccionada per extreure una de les pistes i afegir-la al possible circuit. En el següent pas, la probabilitat es recalcula segons la quantitat de pistes disponibles. Probabilitat de la pila = núm pistes pila / núm total de pistes Aquesta probabilitat que es calcula contínuament en funció de les pistes que queden apilades, respon a la lògica d’intentar usar el màxim de pistes possibles. Això fa que el mètode no sigui completament aleatori, és dependent del número de pistes i del tipus. Pila 1 nPistes = 5 Prob = 0,5 Pila 2 nPistes = 3 Prob = 0,3 Pila 3 nPistes = 2 Prob = 0,2 1 <rand< 0,5 0,5 <rand< 0,2 0,2 <rand< 0 Número aleatori entre 0 i 1 (rand) Com mostra l’esquema, es genera un número aleatori entre 0 i 1, que el programa interpreta com la probabilitat. Segons la probabilitat assignada a cada pila, es crea un rang de números. En el cas de l’esquema, si el generador de números aleatoris retorna un valor dintre del rang de la pila 1, es desapilarà una pista d’aquesta pila, s’afegirà a la llista de pistes del circuit, de forma que el següent estat de les piles seria: 13 SlotGen Generador de circuits slot Pila 1 nPistes = 4 Prob = 0,44 Pila 2 nPistes = 3 Prob = 0,33 Pila 3 nPistes = 2 Prob = 0,22 1 <rand< 0,56 0,56<rand<0,23 0,23 <rand< 0 Número aleatori entre 0 i 1 (rand) Poc a poc les probabilitats es van igualant entre totes les piles (però sempre depèn del número aleatori generat). En quant a les pistes seleccionades, en el cas que sigui seleccionada una recta no hi ha cap problema, però si la pista seleccionada és una corba, s’ha de decidir en quin sentit girarà. Per decidir això, aprofitant que el mètode ha de ser el més aleatori possible, s’utilitza el mateix número aleatori generat per triar la pila, per tal d’escollir si gira en un sentit o en altre, doncs la probabilitat serà del 50%. 4.3.2- Generació segons traçat desitjat Per tal que l’usuari tingui un mínim de control sobre el tipus de circuit que s’ha de generar, se li proporciona una opció per triar la configuració del circuit, ja sigui un circuit amb llargues rectes o un circuit amb moltes corbes i molt sinuós. Aquest control no impedeix que la generació dels circuits continuï tenint un grau d’aleatorietat. Aprofitant el mateix sistema que s’ha desenvolupat per a la generació aleatòria, s’ha decidit apilar les pistes de la mateixa manera i assignar probabilitats a les piles. Aquest cop, la probabilitat d’escollir cada pila, no estarà determinada pel nombre de pistes sinó per un valor que introduirà l’usuari mitjançant un slider. De cara a l’usuari, no ha de saber quina probabilitat està assignant a les piles, només ha de comprovar que els circuits que es generen són diferents segons la posició del slider. 14 SlotGen Generador de circuits slot A la següent il·lustració hi ha un exemple en què l’usuari hauria seleccionat un 80% de probabilitat de corbes, que es reparteix equitativament entre les piles dels diferents tipus que hi ha. D’igual forma, el 20% restant corresponent a les piles de rectes, es reparteix equitativament entre elles de forma que la probabilitat de treure una pista recta de qualsevol tipus es la mateixa: Probabilitat Piles Recta = prob. usuari / núm piles Recta usades Probabilitat Piles Corba = (1-prob. usuari) / núm piles Corba usades Pila 1 Recta 10 Pila 2 Recta 20 Pila 3 Recta 40 Pila 4 C. Interior Pila 5 Pila 6 C. Exterior C. Estàndard Recta 20% Pila 7 C. SuperExt Corba 15 . 80% SlotGen Generador de circuits slot 4.3.3- Generació amb backtracking El patró de backtracking és un mètode de resolució de problemes que té una solució completa i on l’ordre dels elements no importa. La idea bàsica d’aquest patró resideix en triar un element de tots els disponibles i afegir-lo a la estructura del que seria la hipotètica solució i comprovar si realment és solució al problema. Si no ho és, es desfà el moviment realitzat i es prova amb un altre element. Aquest procés de desfer/tornar enrere es fa mitjançant la implementació d’una funció recursiva, que en finalitzar torna a l’estat anterior des d’on ha estat cridada. El major inconvenient d’aquest tipus de patró és el seu cost, gairebé sempre és exponencial. Si es desenvolupa el conjunt de decisions que pren l’algoritme s’acaba formant un arbre de decisions: Figura 10: Arbre de decisió backtracking Per al cas de generació de circuits, les pistes introduïdes per l’usuari s’afegeixen a una llista i s’utilitza una llista auxiliar amb la que es comprovarà si és una solució vàlida o no. L’algoritme de backtraking té diferents possibilitats a l’hora de trobar els resultats. Hi ha l’opció d’aturar el procés en quant trobi el primer resultat vàlid, trobar el millor resultat o trobar tots els resultats possibles. En el cas de la cerca de circuits, s’ha decidit que el millor seria buscar tots els circuits possibles, malgrat que aquesta tasca por tenir una durada molt llarga. Encara que el mètode de backtracking pot arribar a no ser útil de cara a l’usuari pel temps que pot arribar a trigar, s’inclou en la versió del programa per ampliar informació, però no és realment útil. 16 SlotGen Generador de circuits slot 4.4- Dibuix de les pistes i de la interfície gràfica La representació gràfica de les pistes ha de ser dibuixada mitjançant l’API de Java2D. D’aquesta forma no s’utilitzen imatges que es poden pixelar quan s’escalen, i serà adaptable per a tipus de pistes diferents, d’altres marques o nous models. També servirà per aprendre a usar el conjunt de funcions de Java2D i les possibilitats que permet. La interfície gràfica s’haurà de dissenyar en Swing ja que disposa dels components necessaris pels elements que necessitarà l’aplicació, i en cas necessari crear-ne de nous per ajustar-se a les necessitats de l’aplicació. 17 SlotGen Generador de circuits slot 4- Desenvolupament El primer pas que es va haver de donar per començar a fer el projecte va ser estudiar com s’havia de representar cadascuna de les pistes de manera que fos fàcil de programar i de manipular. Una vegada trobat que el sistema dels segments i angles era el més adient, es va intentar representar algun circuit senzill, amb la forma de ‘0’ i comprovar que els punts realment corresponguessin amb la realitat. Per realitzar aquesta fase va ser molt útil el programari Geogebra, és un programa molt interessant per tal de representar diferents operacions i elements en un sistema de coordenades. Aprofitant que aquest programa pot carregar fitxers de text tipus CSV, es va implementar un mètode que exporta els punts dels segments en aquest fitxer, de forma que era molt fàcil validar que els punts que s’estaven calculant eren els correctes. Figura 11: Circuit circular Geogebra A la figura 10 hi ha un exemple d’un circuit circular amb tots els punts relatius als segments de cada pista i, en vermell, els punts que representen el centre de les corbes. Una vegada la representació de les pistes era correcta, era el moment de començar a pensar quin mètode de generació seria el més adient. El primer que va sorgir va ser permutar elements d’un vector, ja que la implementació era prou ràpida per començar a fer proves i intentar realitzar les validacions de circuit correcte. 18 SlotGen Generador de circuits slot Malgrat que el mètode de permutacions no era gaire ortodox i no servia per afegir corbes en diferents sentits de gir, es va començar a fer la validació de circuits. Quan la validació ja era funcional, es va realitzar la primera aproximació per generar circuits aleatoris mitjançant probabilitat i, gràcies a aquest idea, la generació per traçat no va ser gaire complicada. El que sí que he tingut problemes ha estat amb la generació mitjançant backtracking ja que és difícil validar el seu correcte funcionament degut al temps que triga a executar-se. A partir d’un número relativament baix de pistes (12) el temps que triga en finalitzar és molt alt. Una vegada la generació del circuit i la validació eren funcionals, es va començar a implementar la part gràfica de l’aplicació. Primer es va fer el dibuix de les pistes. La recta és més senzilla, ja que només és un rectangle mentre, que la corba ha donat més treball. El mètode realitzat per dibuixar les pistes es mitjançant el que s’anomena una “figura composta”, és a dir, a partir de formes senzilles realitzar una forma més complexa. El que es realitza a aquestes classes són operacions de suma i resta amb les formes. Per exemple, a la pista recta se segueix el següent procés: 1- Es dibuixa un rectangle a partir de punts calculats prèviament. 2- Es calcula per on han de passar els carrils, que estan a 1/4 de distància de l’amplada de la pista. 3- Es creen 2 rectangles corresponents a les àrees dels carrils. 4- Es resten les àrees dels carrils de l’àrea del rectangle, de forma que tenim una figura única amb la forma que desitgem. D’igual manera, la creació de la pista corba és bastant curiosa: 1- Es dibuixa un arc de tipus pastís, ja que crea una forma de falca triangular amb el centre calculat prèviament i radi fins la vora exterior de la pista. 2- Es dibuixa un altre arc del mateix tipus, amb el mateix centre i de radi fins la vora interior de la pista. 3- Es resta la segona figura a la primera. En aquest moment es disposa de la figura de la corba sense els carrils. 4- Seguint el mateix procés, es creen 4 arcs més que delimitaran els 2 carrils. 5- Es resta l’àrea dels carrils a la figura que s’ha creat al pas 2 i la figura resultant és la desitjada. Figura 12: Operació amb figures 19 SlotGen Generador de circuits slot La interfície gràfica d’usuari ha estat l’última part en desenvolupar-se, on s’ha intentat seguir el patró Model-Vista-Controlador, encara que no hi hagi cap accés a una base de dades. La distribució dels components ha quedat de la següent manera: - Model: la representació esquemàtica de les pistes i la classe que guarda un circuit amb les seves característiques, s’ha englobat dins d’aquesta part. Vista: tant les classes corresponents a les finestres, com les classes encarregades de dibuixar les pistes, estan incloses en aquest paquet. Controlador: com a controlador s’ha afegit tots els manegadors d’esdeveniments de la interfície gràfica i la classe encarregada de “transportar” les dades introduïdes per l’usuari als mètodes que ho requereixin. 20 SlotGen Generador de circuits slot 5.1- UML 5.1.1 Model de les pistes Figura 13: UML representació de les pistes En aquest model podem veure que les classes PistaCurva i PistaRecta hereten de la classe Pista, que és abstracta i no es pot instanciar (una pista només té sentit si sabem de quin tipus és). Aquesta classe pare conté els atributs comuns entre les pistes corbes i rectes, com pot ser l’amplada de la pista, la longitud (del segment que representa la pista), els angles inicials i finals de la pista, etc. A part dels atributs en si de les pistes, les classes disposen de mètodes per tal de calcular els punts i els angles que les defineixen. El mètode calcularPista és l’encarregat, i suposa que hi ha una llista de pistes establerta, des d’on pot extreure les dades de la pista immediatament anterior (angle final i punt final de la pista anterior passen a ser el punt inicial i l’angle inicial de la pista actual). 21 SlotGen Generador de circuits slot Figura 14: UML dibuix de les pistes El model de dibuix de les pistes és molt semblant al model anterior. A les classes DibujoCurva i DibujoRecta es fan les operacions descrites anteriorment de manipulació de figures per tal de crear la figura (Shape) de la pista. Aquestes operacions agafen com a dades les que tenen les classes de representació de les pistes (apartat 5.1.1) i que s’han calculat prèviament. Només es fan les operacions de les figures si realment el circuit és correcte i es dibuixarà a la pantalla. Una vegada obtingudes aquestes figures, s’emmagatzemen a la classe superior, per tal de tenir un accés més simple a les figures. D’aquesta manera, per dibuixar una pista, només s’ha de dibuixar amb el mètode de Java2D draw les figures contingudes en aquesta classe. 22 SlotGen Generador de circuits slot 5.1.2 Model dels mètodes de generació Figura 15: UML mètodes de generació - Classe ProbabilidadPila: Aquesta classe conté les piles de cada tipus de pista i la probabilitat associada. A més, implementa el mètode Comparable, per poder ordenar els objectes d’aquesta classe dintre d’una col·lecció de Java. - Classe GenerarAleatorio: Usant la classe de probabilitat, apila les pistes introduïdes per l’usuari amb el mètode crearApilar(). Després es va seleccionant cada pista amb el mètode SeleccionaPista, dins del qual es va calculant cada cop la probabilitat de les piles, ja que el total de pistes ha anat disminuint. - Classe Bactraking: Amb la funció crearCircuitoConstrucción, s’afegeixen en un vector de pistes, el número i tipus de pistes què ha introduït l’usuari. Aquest vector serà el que serveix per saber quantes pistes hi ha disponibles en cada crida recursiva, de forma que quan quedi buit, haurà de retornar al context anterior desfent el pas creat. Aquesta recursivitat està implementada al mètode back(). - Classe Comprobaciones: Aquesta classe conté les validacions per acceptar o rebutjar un circuit. A les funcions esCircuito... es fan les validacions descrites anteriorment, utilitzant la funció esPistaRecta per validar que l’última pista del circuit no sigui una pista recta de qualsevol longitud. 23 SlotGen Generador de circuits slot 5.1.3 Model de la finestra principal Figura 16: UML finestra principal En aquest model es detallen tots els elements que composen la finestra principal. 24 SlotGen Generador de circuits slot 5.1.4 Model dels esdeveniments de la finestra principal Figura 17: UML esdeveniments finestra principal - SliderTimeEvent, MinutosSegundos: fa que el slider de temps i les caixes de text de minuts i segons interactuïn, de forma que si es desplaça el slider s’informa les caixes de text i viceversa. - PegaDecimales, SoloDecimales: evita introduir o “enganxar” números que no tinguin el format decimal. - PegaEnteros, SoloEnteros: evita introduir o “enganxar” números que no siguin enters. - ActionGenerar: esdeveniment que s’activa quan es clica el botó de Generar. És l’encarregat de llançar la generació dels circuits segons les dades introduïdes per l’usuari. - ActionDetener: atura en qualsevol moment el procés de generació de circuits. - ValidaR40: comprova que almenys hi hagi una recta de 40 cm informada per poder començar la generació. Si no hi és, mostra una etiqueta de color vermell al costat, per informar l’usuari. - RdbtTrazado: si se selecciona l’opció de generar per traçat, s’habilita el slider associat. Mentre no està seleccionat, el slider roman deshabilitat. 25 SlotGen Generador de circuits slot Figura 18: UML esdeveniments panell resultats (miniatures) Aquest manegador serveix per detectar si el cursor del ratolí està sobre algun dels circuits que s’han generat (mouseEntered i mouseExited). Si el cursor està a sobre, canvia de color el fons per indicar que és un element clicable. Si es clica sobre un circuit (mouseReleased) s’obre la finestra de detall, mitjançant la crida a runDetalle. 26 SlotGen Generador de circuits slot 5.1.5 Model de la finestra de detall Figura 19: UML finestra detall 27 SlotGen Generador de circuits slot 5.1.6 Model dels esdeveniments de la finestra de detall Figura 20: UML esdeveniments de finestra detall - Zoom: permet ampliar i reduir la mida del circuit que es mostra al panell de resultats. - Arrastrar: detecta el punt i la distància recorreguda pel punter amb el botó esquerre polsat. Amb aquestes dades es va redibuixant el circuit, per poder-lo traslladar de lloc dintre del panell de resultats. - Cerrar: detecta que l’usuari tanca la finestra i evita sortir de l’aplicació des de la finestra de detall, només tanca la pròpia finestra. - SwingAbrir: esdeveniment cridat quan se selecciona al menú l’opció de carregar un circuit guardat a disc. També valida que el fitxer carregat sigui correcte. - SwingGuardar: esdeveniment que es crida quan l’usuari selecciona l’opció corresponent al menú Opcions. Aquest esdeveniment també controla si es vol sobreescriure un circuit existent a disc. 28 SlotGen Generador de circuits slot 5- Avaluacions (relació de les proves realitzades per avaluar cada part) L’aplicació es distribueix en un JAR executable. Per tant és imprescindible disposar de la màquina virtual de Java instal·lada en la versió 1.7. Per executar, només cal escriure a la consola el comandament java –jar SlotGen.jar Cerca amb el mètode aleatori i temps per defecte, 3 segons: 29 SlotGen Generador de circuits slot Amb les mateixes pistes afegim una limitació de superfície i comprovem com els resultats tenen unes dimensions més reduïdes: 30 SlotGen Generador de circuits slot Al panell de detall podem realitzar un zoom sobre el circuit, girant la rodeta del ratolí: 31 SlotGen Generador de circuits slot També podrem desplaçar el circuit per tota l’àrea del panell on es dibuixa mitjançant el mètode de clicar i arrastrar: A la pantalla de detall es pot carregar o desar un fitxer de circuit. D’aquesta forma l’usuari podrà tenir sempre disponibles els circuits què més li han agradat: 32 SlotGen Generador de circuits slot Si escollim l’opció de generació segons el traçat i seleccionem que faci un circuit amb preferència a les corbes, veiem que el resultats són així: 33 SlotGen Generador de circuits slot En canvi, amb les mateixes pistes seleccionem que els circuits siguin més rectes, veiem que la forma dels circuits generats no tenen tantes corbes: El mètode de generació per bactracking és el menys fiable, ja que si posem massa pistes correm el risc de no finalitzar mai el procés, però el sistema funciona correctament: 34 SlotGen Generador de circuits slot En cas de no trobar cap circuit, es mostra el logo del programa i a la barra de progrés indica que el número de circuits trobats és zero. L’aplicació disposa de diversos missatges de text emergents per ajudar l’usuari: 35 SlotGen Generador de circuits slot 36 SlotGen Generador de circuits slot 6- Conclusions El programa creat, SlotGen, respon a les expectatives que s’havien marcat als objectius de manera satisfactòria: d’una banda cobreix la manca de programes generadors de circuits, i per l’altra, més personal però igualment important, em serveix particularment per la necessitat que requeria, és a dir, tenir diferents circuits per muntar a partir de les meves pistes de slot i de l’espai de què disposo. A més, valoro molt positivament la part gràfica del programa, ja que crec que aporta senzillesa i usabilitat, dues característiques que poden atreure l’atenció de possibles usuaris. Com a programa destinat a l’ús pràctic, la funcionalitat de generar tots els circuits possibles no és molt útil. La seva implementació respon a criteris purament tècnics, per dotar de qualitat el propi treball. Altrament diré que m’ha suposat un esforç important poder implementar-la i que ha valgut la pena aprofundir en l’algoritme de “tornada enrere”. Pel que fa a les millores que es podrien aplicar, seria molt interessant que la generació dels circuits es fes en multifil, per poder aprofitar tots els recursos de l’ordinador. Finalment, crec que el futur de SlotGen passa per crear-ne una aplicació per a dispositius mòbils (smartphone o tauleta). Seria desenvolupada amb Android, seguint la mateixa línia conceptual que el programa creat, però més simplificat visualment. Crec que seria una versió encara més pràctica i que, fins i tot comercialment , podria funcionar, encara que s’hauria de valorar la potència que es necessita del dispositiu, amb el conseqüent malbaratament de bateria que això provocaria. 37 SlotGen Generador de circuits slot 7- Recursos utilitzats 7.1- Bibliografia API de java http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/ 7.2- Pàgines web James, Michael. Is There Software to Help With Slot Car Track Design? About.com. s.f. http://rcvehicles.about.com/od/slotcars/f/tracksoftware.htm (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Navarro, Gabriel. «Teoría de Algoritmos. Tema 8. Diseño de Algoritmos: Backtracking.» Teoría de Algoritmos. Universidad de Granada, Curso 2010-2011. Ninco. s.f. www.ninco.co (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Rodríguez Carrión, Juan Gabriel (jgrc). «Tutorial de algoritmos en javascript, backtracking recursivo: Cifras y letras.» Experimentando en la web. 13 de mayo de 2013. http://www.jlabstudio.com/webgl/2013/05/tutorial-de-algoritmos-en-javascriptbacktracking-recursivo-cifras-y-letras/ (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Scalextric. s.f. http://www.scalextric.com/ (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Sergio Gálvez Rojas, Manuel Alcaide García, Miguel Ángel Mora Mata. Java a tope: Java2D (Cómo tratar con java figuras, imágenes y texto en dos dimensiones). Edición Electrónica. s.f. Slot Adictos - Foro. s.f. http://slotadictos.mforos.com/ (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Stackoverflow. s.f. http://stackoverflow.com/ (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Tutorial Java2D. s.f. http://docs.oracle.com/javase/tutorial/2d/overview/. Vecino de Casas, Carlos, Miguel Ángel Melón Pérez, y José Luis Redondo García. El Esquema Algorítmico del Backtracking. s.f. file:///C:/Documents%20and%20Settings/portatil/Mis%20documentos/Downloads/ backtracking.pdf (último acceso: 1 de septiembre de 2014). Vuelta atrás. Wikipedia. s.f. http://es.wikipedia.org/wiki/Vuelta_atr%C3%A1s (último acceso: 1 de septiembre de 2014). 7.3- Programari Slot Track Designer. © Mario Montiagudo Alda, 2001 Eclipse Java EE IDE (Versió Juno). © Eclipse contributors and other 2005,2012 Geogebra (Versió 4). Programari lliure 38 SlotGen Generador de circuits slot 8- Annexes 8.1- Instal·lació Per poder executar el programa es necessita la màquina virtual de Java (JVM) instal·lada a l’ordinador. Per l’execució del programa no cal fer cap instal·lació, només executar la comanda java –jar SlotGen.jar o, si el SO té correctament associat el tipus de fitxer, fer doble clic sobre el paquet jar. 8.2- Requeriments Sistema Operatiu: - Windows 7 Linux MacOS Qualsevol SO que accepti la instal·lació de la JVM en la versió 1.7 8.3- Manual d’ús 8.3.1- Pantalla principal Un cop s’ha executat l’arxiu del programa, es mostra la pantalla principal, des d’on es configuren els criteris per procedir a la generació de circuits: 1 Introduir la quantitat de pistes de què es disposen, en els quadres de text del panell de la dreta, segons els tipus1: - Recta de 10 cm - Recta de 20 cm - Recta de 40 cm - Corba Interior - Corba Estàndard - Corba Exterior - Corba Super Exterior Assegurar-se que com a mínim s’ha introduït una pista del tipus Recta de 40 cm (pista on s’endollen els comandaments). Especificar, si s’escau, la superfície màxima que pot arribar a ocupar el circuit. Seleccionar el tipus de resultats desitjats: o Aleatori: es farà una combinació de les pistes relativament aleatòria. o Tots els circuits: es trobaran tots els circuits possibles segons les pistes introduïdes. o Traçat: desplaçant el control lliscant es regula si es vol un traçat amb més corbes (sinuós) o amb més trams de rectes (recte). Especificar el temps2 que es vol dedicar a la cerca, a través del control lliscant o bé introduint-ho al quadre de text. Aquests tipus corresponen al catàleg de productes de la marca comercial Ninco. 39 SlotGen Generador de circuits slot “Generar”, per iniciar el procés de generació. “Detener”, per aturar el procés de generació Fer clic sobre el resultat triat per veure’n els detalls. Aquesta finestra romandrà oberta i mostrarà els resultats de la generació tot, i tenir una o més finestres de detall obertes. Els resultats de la generació poden variar encara que s’introdueixin els mateixos criteris ja que el procés es basa en el factor aleatori i de probabilitat. 8.3.2- Pantalla de detall Aquesta pantalla s’obre quan s’ha seleccionat un circuit concret: Vista de la silueta del circuit: amb la roda del ratolí es pot ampliar o reduir la vista del circuit seleccionat. Informació que es mostra: o Superfície: la disponible i la que ocupa el circuit en centímetres (amplada cm x alçada cm) o Recorreguts: el recorregut de cada carril i el recorregut mitjà en centímetres. És important tenir en compte els diferents recorreguts de cada carril, per aconseguir un recorregut equilibrat, o si més no, compensar-ho amb l’ús de pistes que proporcionin un avantatge de velocitat segons traçat. o Resum de pistes: taula per poder identificar les pistes en estoc. Pistes disponibles. Pistes usades per a la realització del circuit. o Llistat de les pistes en ordre de col·locació i muntatge (en molts casos caldrà usar la barra de desplaçament horitzontal per veure totes les pistes) 2 Per defecte la generació està estipulada en 3 segons. 40 SlotGen Generador de circuits slot 8.4- Índex de figures Figura 1: Tipus de rectes ....................................................................................................... 5 Figura 2: Tipus de corbes ...................................................................................................... 5 Figura 3: Pantalla principal de l'aplicació ............................................................................. 6 Figura 4:Finestra de detall del circuit .................................................................................... 7 Figura 5: Esquema de la Recta 40 cm ................................................................................... 8 Figura 6: Esquema de la corba estàndard .............................................................................. 9 Figura 7: Unió de dues pistes corbes. .................................................................................. 10 Figura 8: Circuits equivalents .............................................................................................. 11 Figura 9: Circuits reflectits .................................................................................................. 12 Figura 10: Arbre de decisió backtracking............................................................................ 16 Figura 11: Circuit circular Geogebra ................................................................................... 18 Figura 12: Operació amb figures ......................................................................................... 19 Figura 13: UML representació de les pistes ........................................................................ 21 Figura 14: UML dibuix de les pistes ................................................................................... 22 Figura 15: UML mètodes de generació ............................................................................... 23 Figura 16: UML finestra principal....................................................................................... 24 Figura 17: UML esdeveniments finestra principal .............................................................. 25 Figura 18: UML esdeveniments panell resultats (miniatures)............................................. 26 Figura 19: UML finestra detall ............................................................................................ 27 Figura 20: UML esdeveniments de finestra detall............................................................... 28 41 SlotGen Generador de circuits slot 9- Resum (Resumen/Abstract) 9.1- Català El programa creat amb motiu del Treball de Fi de Carrera que ens ocupa, consisteix en l’elaboració d’una eina que generi de manera aleatòria una sèrie de possibles circuits slot a partir de les pistes introduïdes per l’usuari, i segons una sèrie d’especificacions disponibles per poder ajustar-la a les preferències desitjades, per tal d’obtenir el tipus de circuit més adient a les condicions donades. El funcionament s’inicia per part de l’usuari, qui ha d’indicar el número de pistes de què disposa, a través de la finestra d’opcions situada a la part dreta. Pot elegir entre diversos tipus de corbes i rectes, essent obligatori introduir com a mínim una recta de 40 cm (la pista inicial on s’endollen els comandaments). Una utilitat que fa més pràctic el generador , és l’especificació de la superfície disponible per muntar el circuit. A més, l’usuari pot elegir el tipus de generació desitjada, això és, pseudoaleatòria, amb discriminació segons una gradació del traçat (de més sinuós a més recte) i la possibilitat de trobar tots els circuits que es poden generar amb les pistes introduïdes. L’usuari també pot escollir la limitació temporal de la generació. Finalment, un cop configurades les especificacions, es pot iniciar la generació de circuits mitjançant el botó «Generar». També és possible aturar la generació en qualsevol moment usant del botó «Detener». A mesura que es van trobant circuits, la pantalla de resultats es va actualitzant. Quan la generació de circuits ha acabat, es mostren tots els traçats obtinguts al panell principal i a sota s’indica el nombre total de circuits obtinguts. Clicant sobre un resultat en concret, s’obre una finestra externa amb els detalls del circuit i informació diversa per poder-lo muntar: - Relació de les pistes en ordre de col·locació. Resum de les pistes utilitzades i de les disponibles. Silueta del circuit. Mides de la superfície utilitzada. Longitud del recorregut de cada carril. El sistema que s’ha usat per configurar la funció aleatòria ha estat el d’atorgar a cada tipus de pista una probabilitat d’esser utilitzada, proporcionalment corresponent a la quantitat de pistes que representa respecte del total. Cal tenir en compte també, la feina de filtratge i poda dels resultats per evitar duplicitats. El més destacable del programa elaborat és l’avantatge que representa davant dels programes de la mateixa categoria, la majoria destinats al disseny de circuits de forma manual, amb què es perd l’ampli ventall de possibles creacions de traçats que ofereix l’aleatorietat de SlotGen. 42 SlotGen Generador de circuits slot 9.2- Español El programa creado con motivo del Trabajo de Fin de Carrera que nos ocupa, consiste en la elaboración de una herramienta que genere de forma aleatoria una serie de posibles circuitos slot a partir de las pistas introducidas por el usuario, y según una serie de especificaciones disponibles para poder ajustarla a las preferencias deseadas, para así obtener el tipo de circuito más adecuado para las condiciones dadas. El funcionamiento se inicia por parte del usuario, quien debe indicar el número de pistas de que dispone, a través de la ventana de opciones situada en la parte derecha. Puede elegir entre varios tipos de curvas y rectas, siendo obligatorio introducir como mínimo una recta de 40 cm (la pista inicial donde se enchufan los mandos), tal y como se indica en el mensaje de error correspondiente. Una utilidad que hace más práctico el generador es la especificación de la superficie disponible para montar el circuito. Además, el usuario puede elegir el tipo de generación deseada, esto es, seudoaleatoria, con discriminación según una gradación del trazado (de más sinuoso a más rectilíneo) y la posibilidad de encontrar todos los circuitos que se pueden generar con las pistas introducidas. El usuario también puede escoger la limitación temporal de generación. Finalmente, una vez configuradas las especificaciones, se puede iniciar la generación de circuitos mediante el botón “Generar”. También es posible parar la generación en cualquier momento usando el botón “Detener”. A medida que se van encontrando circuitos, la pantalla de resultados se va actualizando. Cuando la generación de circuitos ha acabado, se muestran todos los trazados obtenidos en el panel principal y debajo se indica el número total de circuitos. Haciendo clic sobre uno de los resultados en concreto, se abre una ventana externa con los detalles del circuito e información variada para poderlo montar. - Relación de las pistas en orden de colocación. Resumen de las pistas utilizadas y de las disponibles. Silueta del circuito. Medidas de la superficie utilizada. Longitud del recorrido de cada carril. El sistema que se ha usado para configurar la función aleatoria ha sido el de otorgar a cada tipo de pista una probabilidad de ser usada, proporcionalmente correspondiente a la cantidad de pistas que representa respecto del total. Merece mención también, el trabajo de filtrado y poda de los resultados para evitar duplicidades. El aspecto más destacable del programa elaborado es la ventaja que representa ante los programas de la misma categoría, la mayoría destinados al diseño de circuitos de forma manual, con los que se pierde el amplio abanico de posibles creaciones de trazados que ofrece la aleatoriedad de SlotGen. 43 SlotGen Generador de circuits slot 9.3- English The software created for the purpose of this Final Bachelor’s Work involves the development of a tool that randomly generates a number of possible slot car circuits from those tracks entered by the user, and according to a set of specifications available to, adjust it to the desired preferences, so as to get the most appropriate circuit for the given conditions. The operation is initiated by the user, who must enter the number of tracks available, through the Options window located on the right side. It can choose from several types of curves and straight tracks, being required to enter at least a straight of 40 cm (the opening track where the controls are inserted), as indicated in the corresponding error message. The specification of the available surface for mounting the circuit has been implemented as a utility that makes the generator more practical. In addition, the user can select the desired type of generation, it is, pseudo-random search, or by discrimination as a scale of outline shape (from more winding to more straight) and the possibility to find all the circuits that can be generated with the introduced tracks. The user can also choose the time limitation generation. Finally, once configured those specifications, it can start generating circuits using the "Generate" button. It is also possible to interrupt the generation at any time using the "Stop" button. As circuits are encountered, the results screen is updated. When generating circuits over, all circuits obtained are shown in the main panel, and below it is shown the total number of tracks. Clicking on one of the circuit opens an external window with the circuit details and information to assemble it: - List of the tracks in order of placement. Summary of tracks used and available. Outline circuit. Size of the surface used. Length of the route of each lane. To set the random function, it has been used a system that consists in giving each track type a probability to be used according to the amount of tracks that represents over the total. Also worth mentioning, the work of filtering and pruning of the results to avoid duplication. The highlight of the developed software is the advantage in front of other similar software of the same category, most intended for manually circuit design, which lost the wide range of possible creations paths offered by the randomness of SlotGen. 44
