Desenvolvimento de Biblioteca Gráfica para a Disciplina De Algoritmos e Programação de

251 Pages·2016·13.45 MB·English

Universidade de Brasília
InstitutodeCiênciasExatas
DepartamentodeCiênciadaComputação
playAPC: Projeto e Desenvolvimento de uma Biblioteca
Gráfica como Ferramenta Didática para Algoritmos e
Programação de Computadores
Sinayra Pascoal Cotts Moreira
Monografiaapresentadacomorequisitoparcial
paraconclusãodoBachareladoemCiênciadaComputação
Orientador
Prof.Dr.AlexandreZaghetto
Coorientador
Prof.Dr.JoséCarlosLoureiroRalha
Brasília
2016
UniversidadedeBrasília—UnB
InstitutodeCiênciasExatas
DepartamentodeCiênciadaComputação
BachareladoemCiênciadaComputação
Coordenador: Prof.Dr.RodrigoBonifáciodeAlmeida
Bancaexaminadoracompostapor:
Prof.Dr.AlexandreZaghetto(Orientador)—CIC/UnB
Prof.Dr.CarlaMariaChagaseCavalcanteKoike—CIC/UnB
Prof.Dr.MarcusViníciusChaffimCosta—FGA/UnB
CIP—CatalogaçãoInternacionalnaPublicação
Moreira,SinayraPascoalCotts.
playAPC: Projeto e Desenvolvimento de uma Biblioteca Gráfica como Fer-
ramenta Didática para Algoritmos e Programação de Computadores / Si-
nayraPascoalCottsMoreira.Brasília:UnB,2016.
251p. : il.;29,5cm.
Monografia(Graduação)—UniversidadedeBrasília,Brasília,2016.
1.OpenGL,2.ComputaçãoGráfica,3.Biblioteca,4.Didático,5.Lúdico,
6.Visual
CDU004
Endereço: UniversidadedeBrasília
CampusUniversitárioDarcyRibeiro—AsaNorte
CEP70910-900
Brasília–DF—Brasil
Universidade de Brasília
InstitutodeCiênciasExatas
DepartamentodeCiênciadaComputação
playAPC: Projeto e Desenvolvimento de uma Biblioteca
Gráfica como Ferramenta Didática para Algoritmos e
Programação de Computadores
Sinayra Pascoal Cotts Moreira
Monografiaapresentadacomorequisitoparcial
paraconclusãodoBachareladoemCiênciadaComputação
Prof.Dr.AlexandreZaghetto(Orientador)
CIC/UnB
Prof.Dr.CarlaMariaChagaseCavalcanteKoike Prof.Dr.MarcusViníciusChaffimCosta
CIC/UnB FGA/UnB
Prof.Dr.RodrigoBonifáciodeAlmeida
CoordenadordoBachareladoemCiênciadaComputação
Brasília, 18 de novembro de 2016
Dedicatória
Dedicamos à todos os professores que queiram ter mais liberdade criativa ao desenvolver exer-
cíciosdeprogramaçãoeàtodososalunosque,mesmocompoucaounenhumaexperiênciaem
programação,queiramfazertrabalhosdivertidos,coloridoseinteressantes.
iv
Agradecimentos
Agradeço ao professor Ralha, que sempre ofereceu apoio e entusiasmo ao projeto, além do
grande auxílio no desenvolvimento tanto da própria biblioteca como material de ensino; à pro-
fessora Carla Castanho, pela oportunidade de tutoria e o contato direto com os alunos; ao pro-
fessorZaghettopelaoportunidadedeProjetodeIniciaçãoCientíficaepelaconfiançaaoaplicar
a biblioteca em uma turma de APC, além de estar sempre sugerindo novas ideias de funcio-
nalidades; e à todos os alunos de Algoritmos e Programação de Computadores que retornaram
comentáriossobreousodabiblioteca,emespecialaosalunosBernadoFerreiraSantosXimbre,
Pedro Paulo de Pinho Matos e Pedro Augusto Coelho Nunes por ter utilizado a biblioteca de
formatãocriativa.
v
Resumo
Noscursosdecomputação,aprimeiramatériadeprogramaçãoéfundamentalparaqueoaluno
possaprogredirnaárea,porémsuaaprendizagemnãoétrivial. Umdosmétodosrecorridospara
auxiliar o ensino, independente da área, é o uso de recursos gráficos. Desta forma, foi proposta
umabibliotecagráficadenominadaPLAYAPCparaseraplicadanoprimeirosemestredamatéria
de computação dos cursos de Engenharia da Computação, Engenharia Mecatrônica, Ciência
da Computação e Licenciatura em Computação, na disciplina Algoritmos e Programação de
Computadores (APC) da Universidade de Brasília (UnB). A biblioteca utiliza como recurso
gráficoaAPIOpenGLefoifeitanalinguagemC++. Apesardisso,essasescolhasdetecnologia
em nada interferem no processo de aprendizado da matéria APC que, para alguns professores,
é ministrada na linguagem C. Esta monografia descreve o processo desde o levantamento de
requisitosparaodesenvolvimentodabibliotecaatéasuaaplicaçãoemaulasdelaboratório.
Palavras-chave:OpenGL,ComputaçãoGráfica,Biblioteca,Didático,Lúdico,Visual
vi
Abstract
In computer’s relative courses, the first programming subject is essencial for the undergradu-
ate student grow up in the area, but his learning is not trivial. One of the methods to assist
the teaching, regardless the area, is the use of graphic resources. It was proposed a graphic
libray called PLAYAPC to be applied in the first semester at UnB, in Computer’s Engineering
course, Mechatronic Engineering course, Bacharel on Computer Science course and Major in
Computercourse,inthedisciplineAPC.ThelibraryusesasgraphicresourcestheAPIOpenGL
andwaswritteninC++programminglanguage. Evenwiththesestecnologychoises,itwillnot
complicate the learning processing in the discipline, which, for some professors, it is given in
C language. This paper describes the survey process requirement from the development of the
librarytoitsapplicationinpraticalclasses.
Keywords:OpenGL,ComputerGraphics,Library,Didactic,Playful,Visual
vii
Sumário
1 Introdução 1
2 FundamentaçãoTeóricaeTrabalhosCorrelatos 3
2.1 FundamentaçãoTeórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1 AspectosdeEngenhariadeSoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1.1 Requisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1.2 Desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1.3 Validação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1.4 Evolução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.2 AspectosdeComputaçãoGráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.2.1 AspectosTécnicosdaOpenGL . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.2.1.1 Translação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.2.1.2 Rotação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.2.1.3 Escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.2.1.4 Visualização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.3 AspectosEducacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.3.1 Tipodedados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3.2 Estruturasdecontrole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3.2.1 Estruturascondicionais . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3.2.2 Estruturasderepetição . . . . . . . . . . . . . . . 19
viii
2.1.3.3 Estruturasdedadosmultidimensionais . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3.3.1 Unidimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3.3.2 N-dimensional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3.4 Subalgoritmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.3.5 Recursão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 TrabalhosCorrelatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 Soluçõesalternativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1.1 PlayLib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1.2 WinBGIm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1.3 SDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.1.4 TurtleGrafik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.2 Comparaçãoentreasalternativaseaproposta . . . . . . . . . . . . . . 24
3 SoluçãoProposta 27
3.1 ProjetodaBiblioteca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1.1 Levantamentoderequisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1.2 Requisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2.1 Requisitosnão-funcionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2.1.1 Inicializarjaneladecontexto . . . . . . . . . . . . 31
3.1.2.1.2 Renderizarcontexto . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.2.2 Requisitosfuncionaispararenderizaçãodeformasgeométricas 34
3.1.2.2.1 TipodedadoPonto . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.2.2.2 FormageométricaPonto . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.2.2.3 FormageométricaReta . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2.2.4 FormageométricaPolígono . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2.2.5 FormageométricaCírculo . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2.2.6 FormageométricaCircunferência . . . . . . . . . . 36
ix
3.1.2.2.7 FormageométricaElipse . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2.2.8 FormageométricaTriângulo . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2.2.9 FormageométricaQuadrado . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2.2.10 FormageométricaRetângulo . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2.2.11 Renderizaçãodegráficos . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2.2.12 Colorirformasgeométricas . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2.2.13 Mostrarimagensemformasgeométricas . . . . . . 39
3.1.2.3 Requisitosfuncionaisparaanimação . . . . . . . . . . . . . 39
3.1.2.3.1 Renderizarcenadentrodeumlaçoderepetição . . 40
3.1.2.3.2 Agrupandomaisdeumageometria . . . . . . . . . 40
3.1.2.3.3 Movimentaçãodeumaoumaisgeometrias . . . . . 40
3.1.2.3.4 Rotaçãodeumaoumaisgeometrias . . . . . . . . 41
3.1.2.3.5 Redimensionarumaoumaisgeometrias . . . . . . 41
3.1.2.3.6 Limparacena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.2.4 Requisitosfuncionaisparaentradademouseeteclado . . . . 42
3.1.2.4.1 Entradadeteclado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.2.4.2 Entradademouse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.2.5 Requisitosfuncionaisparaoutrostiposdefunções . . . . . . 44
3.1.2.5.1 Colorirplanodefundodajanela . . . . . . . . . . 44
3.1.2.5.2 Planoderenderização . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.1.2.5.3 ComponentesRGBdeumaimagem . . . . . . . . 45
3.1.2.5.4 Alterarespessuradaborda . . . . . . . . . . . . . 45
3.1.3 Arquiteturadabiblioteca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 Apresentaçãodabiblioteca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.1 Criaçãodajaneladecontextoda PLAYAPC . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.2 CriaçãodosdiscosdeHanoi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.3 Movimentaçãodosdiscos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
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