Bedienung des Animationseditors

JPAKMA TM
Bedienung des Animationseditors
Dipl.-Phys. Michael Suleder
suleder@didaktik.physik.uni-wuerzburg.de
6. Februar 2002

Inhaltsverzeichnis
INHALTSVERZEICHNIS
1 Einleitung 3
2 Bedienung des Animationseditors 3
2.1 Entwurfsmodus und Laufzeitmodus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Erzeugung eines Animationsobjekts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Modifikatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Streckung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Drehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Scherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Richtungsänderung für vektorartige Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Kontextmenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Bearbeiten... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Ebene... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Stempeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.5 Eigenschaftsdialoge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Farbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Koordinatensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Eingabehilfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.6 Skripterzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.7 Skriptablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.8 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Referenz: Elemente des Animationseditors 7
3.1 Grafische Primitive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Rechteck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Ellipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Beschriftetes Rechteck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Polygon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1

INHALTSVERZEICHNIS
Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2 Vektorartige Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Pfeil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Breitpfeil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Balken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Feder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.3 Anzeigegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Digitalanzeige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Analoge Anzeigegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Thermometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.4 Steuerobjekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Knopf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Schieberegler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Zweidimensionaler Schieberegler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Exklusive Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Optionale Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.5 Funktionale Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Pinpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Koordinatensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Graphenplotter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Mausmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Wirkungsgefügeabbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
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1 Einleitung
Bedienung des Animationseditors – Erzeugung eines Animationsobjekts
Der Animationseditor ist ein integrativer Teil des JPAKMA TM -Systems und spielt eine zentrale Rolle
bei der Visualisierung physikalischer Vorgänge. Dies geschieht durch ein enges Zusammenspiel
mit dem Modellbildungsteil bzw. der integrierten Skriptsprache PASCL TM . Während die beiden
letztgenannten Teile verantwortlich für die Berechnung der relevanten Größen des untersuchten
Vorgangs sind, wird mit dem Animationseditor die Darstellung dieser Größen gestaltet.
Der Animationseditor ist ein äußerst leistungsfähiges Werkzeug zur skriptgesteuerten Präsentation.
JPAKMA TM dürfte somit das erste Modellbildungssystem sein, das zugleich alle Möglichkeiten der
graphischen Darstellung bereitstellt.
2 Bedienung des Animationseditors
2.1 Entwurfsmodus und Laufzeitmodus
Im Entwurfsmodus ist der Animationseditor vergleichbar mit einem leistungsfähigen Grafikprogramm.
Es stehen zahlreiche grafische Objekte zur Verfügung, angefangen von grafischen Primitiven,
über vektorartige Objekte bis zu speziellen Elementen, die den Ansprüchen an die Darstellung
physikalischer Sachverhalte gerecht werden, z.B. Meßinstrumente.
Die Objekte können beliebig auf der Zeichenfläche verteilt werden und mit vektorgrafischer Qualität
Transformationen unterworfen werden (Streckungen, Rotationen, etc.).
Alle Objekte können in spezifischer Art und Weise mit Variablen aus einem vorliegenden Modell
bzw. einem PASCL TM -Skript verknüpft werden. Z.B. wird durch die Zuordnung einer zeitabhängigen
Variable s aus dem Modellbildungsteil zum Ort eines Objekts eine Animation festgelegt. Diese
Zuordnung erfolgt mittels der Eigenschaftsdialoge. Wird das Skript gestartet, welches die Werte
s(t) berechnet, dann bewegt sich das Objekt entsprechend. Dieser Vorgang wird auch als
Laufzeitmodus des Animationseditors bezeichnet.
2.2 Erzeugung eines Animationsobjekts
Ein Objekt wird in zwei einfachen Schritten auf der Zeichenfläche erzeugt, so wie man es von
zahlreichen Grafikprogrammen gewohnt ist.
Schritt 1: Auswahl eines Objekts durch Anklicken des entsprechenden Knopfes in der Steuerleiste.
Schritt 2: Platzieren des Objekts auf der Zeichenfläche durch einfaches Klicken oder Ziehen mit
der linken Maustaste. Beim Klicken nimmt das Objekt eine Standardgröße an, beim Ziehen
kann die Größe frei gewählt werden.
Es gibt einige wenige Ausnahmen von dieser Regel: Beim Polygon wird mit jedem Linksklick ein
neuer Eckpunkt hinzugefügt. Mit einem Rechtsklick wird das Polygon fertiggestellt.
Will man verhindern, daß durch Anklicken der Zeichenfläche ein neues Objekt erzeugt
wird, sollte der Auswahlknopf in der Steuerleiste betätigt werden.
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2.3 Modifikatoren
Bedienung des Animationseditors – Kontextmenus
Es gibt generell zwei Möglichkeiten, um die Größe, Form und Ausrichtung eines Objekts zu
verändern: Entweder über die Eigenschaftsdialoge oder direkt mit der Maus über die sogenannten
Modifikatoren. Die verfügbaren Modifikatoren sind abhängig von der Objektfamilie.
Verschiebung
Ein Objekt kann durch einfaches Anklicken und anschließendes Ziehen mit der linken Maustaste
an eine neue Position bewegt werden.
Streckung
Nach einfachem Anklicken eines Objekts mit der linken Maustaste erscheinen vier kleine Quadrate
an den Ecken eines umgebenden Rechtecks. Durch Klicken und Ziehen dieser Quadrate kann die
Größe des Objekts geändert werden. Diese Funktion ist nicht für alle Objekte verfügbar.
Drehung
Durch Auswahl des Menupunktes ” Rotieren“ im Kontextmenu des Objekts wird der Modifikator
für die Drehung aktiviert. Er besteht aus zwei durch eine Linie verbundenen kleinen Kreisen. Der
nichtgefüllte Kreis stellt das Drehzentrum dar und kann durch Klicken und Ziehen beliebig auf der
gesamten Zeichenfläche verschoben werden.
Durch Klicken und Ziehen des gefüllten Kreises wird das Objekt gedreht. Diese Funktion ist nicht
für alle Objekte verfügbar.
Scherung
Durch Auswahl des Menupunktes ” Scheren“ im Kontextmenu des Objekts wird der Modifikator
für die Scherung aktiviert. Er besteht aus zwei kleinen Kreisen an zwei Ecken des Objekts. Durch
Klicken und Ziehen eines der Kreise wird das Objekt geschert. Diese Funktion ist nicht für alle
Objekte verfügbar.
Richtungsänderung für vektorartige Objekte
Vektorartige Objekte (z.B. Pfeile) sind durch ihren Anfangs- und Endpunkt definiert. Nach einfachem
Anklicken eines solchen Objekts erscheinen zwei kleine Kreise an dessen Enden. Durch
Klicken und Ziehen des entsprechenden Kreises wird der Anfangs- bzw. Endpunkt des Objekts
verändert und somit dessen Länge und/oder Richtung.
2.4 Kontextmenus
Das Kontextmenu eines Objekts erscheint durch einen einfachen Rechtsklick mit der Maus auf
das Objekt.
Über das Kontextmenu sind die verfügbaren Modifikatoren und Eigenschaftsdialoge erreichbar,
sowie einige allgemeine Bearbeitungsfunktionen, die im Folgenden erklärt werden.
4

Bearbeiten...
Bedienung des Animationseditors – Eigenschaftsdialoge
Hier kann ein Objekt entfernt oder dupliziert werden, das heißt es wird ein neues Objekt mit den
gleichen Eigenschaften erzeugt.
Ebene...
Die Objekte unterliegen einer bestimmten Überlappungsreihenfolge (z-order), die durch die Reihenfolge
ihrer Erstellung festgelegt ist. Ein Objekt kann relativ zu den anderen in den Vordergrund
geholt oder in den Hintergrund geschickt werden.
Stempeln
Einige Elemente (grafische Primitive , vektorartige Objekte ) können ” gestempelt“ werden, d.h.
daß das Objekt zu bestimmten Zeitpunkten während der Laufzeit einen ” Abdruck“ auf der Zeichenfläche
hinterlässt. Auf diese Weise kann z.B. eine Art stroboskopischer Aufnahme von einer
Bewegung gemacht werden. Im Kontextmenueintrag ” Stempeln“ kann ausgewählt werden, ob
das Objekt zur Laufzeit gestempelt werden soll.
Weitere Einstellungen zum Stempeln, z.B. wann oder wie oft gestempelt werden soll, können per
Dialog oder direkt per PASCL TM -Anweisung im Skript vorgenommen werden.
Zum Löschen der ” Abdrücke“ der gestempelten Objekte auf der Zeichenfläche steht ein
Knopf in der Steuerleiste oder skriptseitig ein entsprechender PASCL TM -Befehl zur Verfügung.
2.5 Eigenschaftsdialoge
Die Eigenschaftsdialoge der Animationsobjekte sind über deren Kontextmenu erreichbar. Die Art
der verfügbaren Dialoge und der darin editierbaren Eigenschaften sind teilweise abhängig von der
Objektfamilie. Die objektspezifischen Dialoge und Eigenschaften werden in der Objektreferenz
erklärt.
Eigenschaften
Im Dialog ” Eigenschaften“ können die allgemeinen Merkmale eines Objekts editiert werden, z.B.
dessen Position, sowie spezielle Merkmale, wie z.B. die Breite eines Pfeils. Die Angaben zur Positionierung
und Ausrichtung eines Objekts können in der Regel durch statische Werte oder durch
die Zuordnung von Variablen festgelegt werden.
Da sich die Festlegung dieser Eigenschaften mit der Zugehörigkeit zu einer bestimmten Objektfamilie
ändert, werden diese in der Objektreferenz näher behandelt.
Farbe
Fast alle Objekte besitzen als wichtiges Erscheinungsmerkmal eine bestimmte Farbe. Diese kann
über den Farbdialog geändert werden. Die Farbe kann generell mittels eines ” Farbpickers“ aus einer
bestehenden Palette gewählt werden oder durch Angabe der Rot-, Grün- und Blau-Komponente
(RGB-Farbmodell; die Werte liegen jeweils zwischen 0 und 255). In der Regel steht außerdem
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Bedienung des Animationseditors – Skriptablauf
noch eine vierte Komponente zur Verfügung: Der Alphakanal bestimmt die Transparenz bzw.
Opazität des Objekts (Wert ebenfalls zwischen 0 und 255).
Bei den meisten Objekten können den Werten von R, G, B und Alpha auch Variablen zugeordnet
werden, so daß zeitlich oder räumlich variierende Farben dargestellt werden können.
Koordinatensystem
Die Positionsangaben eines Objekts beziehen sich standardmäßig auf das Bildschirmkoordinatensystem,
dessen Nullpunkt oben links im Zeichenfenster liegt. Die x-Koordinate ist nach rechts und
die y-Koordinate nach unten gerichtet, die Maßeinheit ist das Pixel.
Alternative Koordinatensysteme können durch den Benutzer definiert werden (siehe Referenz:
Koordiantensystem). Mittels des Koordinatensystemdialogs kann das Animationsobjekt einem anderen
Koordinatensystem zugeordnet werden, so daß fortan dessen Positionierung und Ausrichtung
auf dieses System bezogen sind.
Eingabehilfe
Die Eingabehilfe ist ein Unterdialog, der aus einigen Dialogen heraus aufgerufen werden kann.
Alle Dialoge, die Eigenschaftsfelder besitzen, in denen auch Variable eingetragen werden können,
besitzen eine Eingabehilfe.
Die Eingabehilfe verfügt über ein Tastenfeld mit Zahlen, Klammern und Rechenzeichen, eine
Liste mit ausgewählten mathematischen Funktionen und Konstanten sowie über eine Liste der
im Modellbildungsteil definierten Variablennamen. So können z.B. die zur Verfügung stehenden
Variablen einfach per Knopfdruck in das entsprechende Eingabefeld übernommen werden. Die
Eingabehilfe muß nicht benutzt werden – alle Eingaben können auch per Tastatur von Hand
erledigt werden.
2.6 Skripterzeugung
Alle Eingaben in der grafischen Benutzeroberfläche von JPAKMA TM – dazu zählen der
Animationseditor und der Modellbildungseditor – müssen in ein PASCL TM -Skript umgesetzt werden,
um eine Animation zu ermöglichen. Diese Umsetzung erfolgt automatisch durch Aktivieren
des ” Skript erzeugen“-Knopfes. Die Einträge in die Eigenschaftsdialoge der Animationsobjekte
spielen eine wesentliche Rolle für die Steuerung der Animation.
Ein Skript kann auch vollständig von Hand und ohne Benutzung der ” Skript erzeugen“-Funktion
geschrieben werden. Siehe hierzu das ” PASCL TM -Manual“.
2.7 Skriptablauf
Mit dem ” Start“-Knopf wird – falls vorhanden – ein PASCL TM -Skript gestartet. Die Animation
befindet sich dann im Laufzeitmodus. In der Regel beendet sich das Skript nach einer gewissen
Zeit selbst. Es gibt jedoch auch Endlos-Skripte. Mit dem ” Pause“-Knopf kann der Ablauf angehalten
und mit nochmaligem Betätigen wieder fortgesetzt werden. Der ” Stop“-Knopf bricht die
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Grafische Primitive
Ausführung des Skripts ganz ab.
2.8 Beispiele
Einfache Animationen können auch ohne ein Wirkungsgefüge (Modell) und ohne Editieren des
PASCL TM -Skripts erstellt werden. Zwei kurze Beispiele sollen dies erläutern:
Drehender Zeiger: Erzeugen Sie einen Pfeil auf der Zeichenfläche. Aktivieren Sie über das
Kontextmenü (Rechtsklick) den Eigenschaften-Dialog und wählen Sie ” Polarkoordinaten
verwenden“. Setzen Sie unter ” Endpunkt in Polarkoordinaten“ für den Winkel ” t“ ein
(Bogenmaß). Die implizite Variable t (Zeit) ist immer verfügbar.
Schließen Sie den Dialog mit ” OK“. Erzeugen Sie das Skript und lassen Sie es dann ablaufen.
Sinusfunktion: Erzeugen Sie einen Graphenplotter auf der Zeichenfläche. Aktivieren Sie über
das Kontextmenü (Rechtsklick) den Dialog Graphenverwaltung“. Erzeugen Sie mit jeweils
”
einem Klick auf die beiden Neu...“-Knöpfe eine Skala und einen Graph. Aktivieren Sie den
”
” Bearbeiten...“-Dialog des Graphen. Tragen Sie bei ” Funktion x“ t und bei Funktion y“
”
sin(t) ein.
Schließen Sie die Dialoge mit OK“. Erzeugen Sie das Skript und lassen Sie es dann ablaufen.
”
3 Referenz: Elemente des Animationseditors
Die Elemente des Animationseditors lassen sich nach ihren Eigenschaften und ihrer Funktionalität
zu Familien zusammenfassen. Im Folgenden werden die Eigenschaften und Funktionen der Familien
und aller ihrer Objekte aufgelistet.
3.1 Grafische Primitive
Die Grundeigenschaften der grafischen Primitive sind die x- und y-Koordinate zur Positionierung,
sowie die Breite und die Höhe. D.h. alle Primitive (z.B. auch die Ellipse) besitzen ein unsichtbares
umgebendes Rechteck, durch das ihre Position und Größe definiert ist. Die x- und y-Koordinate
beziehen sich auf den Mittelpunkt des Objekts. Darüberhinaus kann für die Objekte ein Drehwinkel
und ein Scherwinkel angegeben werden. Die verschiedenen Transformationen können kombiniert
werden. Es handelt sich dabei allgemein um affine Transformationen. Winkel können wahlweise
im Grad- oder Bogenmaß angegeben werden.
Die grafischen Primitive verfügen über eine Füllfarbe, zu deren R, G, B und Alpha-Wert auch
Variable zugeordnet werden können (Farbdialog). Sie können außerdem einem benutzerdefinierten
Koordinatensystem zugeordnet werden (Koordinatensystemdialog).
Die Primitive Rechteck und Oval können mit einer Bilddatei unterlegt werden. Dazu steht im
Kontextmenu der Eintrag ” Grafik“ zur Verfügung. Es können Grafiken in den Formaten gif, jpg
und png eingebunden werden. Sofern das Grafikformat es erlaubt, können auch transparente
und animierte Grafiken eingebunden werden. Die Unterlegung eines Rechtecks mit einem Bild
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Grafische Primitive
entspricht der vollständigen Einbindung des Bildes in die Animation. Bei der Unterlegung einer
Ellipse wird das Bild entsprechend oval ausgeschnitten.
Die Eigenschaften der grafischen Primitive vererben sich zum Teil auf komplexere Objekte, die
ebenfalls durch ein umgebendes Rechteck definiert sind, z.B. den Graphenplotter.
Rechteck
Zusammen mit der Ellipse einfachstes grafisches Primitiv. Kann mit einer Bilddatei im
Format gif, jpg oder png unterlegt werden.
Ellipse
Zusammen mit dem Rechteck einfachstes grafisches Primitiv. Kann mit einer Bilddatei
im Format gif, jpg oder png unterlegt werden.
Beschriftetes Rechteck
Ein Rechteck, das zusätzlich oben und/oder unten mit einer Beschriftung versehen werden
kann. Hierzu steht der Kontextmenueintrag ” Beschriftung“ zur Verfügung.
Polygon
Das Polygon unterscheidet sich bei der Erzeugung von den anderen Animationsobjekten.
Nachdem der Polygonknopf ausgewählt wurde, erzeugt jeder Linksklick auf die Zeichenfläche einen
neuen Eckpunkt. Das Polygon kann auf zwei Arten fertiggestellt werden: Entweder durch einen
Rechtsklick (offener Polygonzug) oder durch einen Linksklick auf den Anfangspunkt des Polygons
(geschlossener Polygonzug).
Darüberhinaus steht für das Polygon ein besonderer Modifikator zur Verfügung, der ein Editieren
der einzelnen Eckpunkte ermöglicht und durch den Kontextmenueintrag ” Polygon bearbeiten“
aktiviert wird. Durch Klicken und Ziehen auf einen Eckpunkt kann dieser verschoben werden.
Durch Klicken und Ziehen auf eine Kante wird ein neuer Eckpunkt eingefügt.
Text
Das Textobjekt kann ebenso wie die restlichen Objekte aus dieser Familie sämtlichen Transformationen
unterworfen werden. Der einzige Untzerschied besteht darin, daß sich die Größe des
Textobjekts automatisch ändert, wenn der Text geändert wird und zwar so, daß die Schriftgröße
erhalten bleibt.
Zur Änderung des Textes steht der Kontextmenueintrag ” Text“ zur Verfügung, welcher einen
Textdialog öffnet. Neben der Texteingabe kann hier auch der sogenannte ” Skriptmodus“ aktiviert
werden. Wenn der Skriptmodus aktiviert ist, dann wird die Textzeile als PASCL TM -Skript
interpretiert.
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Vektorartige Objekte
Beispiel: Die Eingabe "t="+t führt zu folgender Ausgabe im Animationseditor:
Skriptmodus nicht aktiviert: "t="+t
Skriptmodus aktiviert: t=7.0 (nach 7 Sekunden im Laufzeitmodus)
Auf diese Weise kann das Textobjekt also benutzt werden, um zur Laufzeit den Wert von Variablen
oder Funktionen anzuzeigen.
3.2 Vektorartige Objekte
Im Gegensatz zu den grafischen Primitiven wird die Position und Ausrichtung der vektorartigen
Objekte durch einen Anfangs- und einen Endpunkt festgelegt. Der Anfangspunkt ist durch seine
kartesischen Koordianten auf der Zeichenfläche definiert. Der Endpunkt kann auf zwei verschiedene
Arten festgelegt werden.
Endpunkt in kartesischen Koordinaten Der Endpunkt wird – genau wie der Anfangspunkt – in
absoluten, kartesischen Koordinaten angegeben.
Endpunkt in Polarkoordinaten Der Endpunkt wird in Polarkoordinaten angegeben. Der Ursprung
dieses Polarkoordinatensystems liegt im Anfangspunkt. Auf diese Weise ist das
Objekt durch einen Fußpunkt, sowie Länge und Winkel festgelegt.
Im Eigenschaftendialog kann der Endpunkt zur gleichen Zeit auf beide Arten definiert sein. Es muß
jedoch ausgewählt werden, ob kartesische oder Polarkoordinaten benutzt werden sollen. Winkel
können wahlweise im Grad- oder Bogenmaß angegeben werden. Natürlich können nicht nur für
die kartesischen Koordinaten, sondern auch für Länge und Winkel Variablen eingesetzt werden.
Die vektorartigen Objekte verfügen über eine Füllfarbe, zu deren R, G, B und Alpha-Wert auch
Variable zugeordnet werden können (Farbdialog). Sie können außerdem einem benutzerdefinierten
Koordinatensystem zugeordnet werden (Koordinatensystemdialog).
Pfeil
Der Pfeil verfügt als zusätzliche Eigenschaft über verschieden wählbare Designs. So
können Anfangs- und Endpunkt unabhängig voneinader mit einer Pfeilspitze, einer umgekehrten
Pfeilspitze, einem flachen Ende oder überhaupt nicht dekoriert werden. Die Auswahl erfolgt über
den Eigenschaftendialog.
Breitpfeil
Der Breitpfeil ist als Alternative zum einfachen Pfeil gedacht und verfügt über eine frei
wählbare Breite. Die Auswahl erfolgt über den Eigenschaftendialog.
Balken
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Steuerobjekte
Der Balken ist ein Rechteck, das im Gegensatz zum grafischen Primitiv durch einen
Anfangs- und Endpunkt definiert ist. Die Breite kann im Eigenschaftsdialog festgelegt werden.
Feder
Als spezifische Eigenschaften der Feder stehen die Federbreite und die Segmentzahl zur
Verfügung. Beide können im Eigenschaftsdialog festgelegt werden.
3.3 Anzeigegeräte
Die Anzeigegeräte sind in Ihrer Erscheinungsform an Meßgeräte aus dem alltäglichen, physikalischen
Gebrauch angelehnt. Sie dienen zur Anzeige der Werte von Variablen. Die anzuzeigende
Variable wird im Eigenschaftsdialog im Feld ” Meßwert“ eingetragen.
Den analogen Anzeigegeräten (zu denen hier auch das Thermometer zählt) wird ein Minimal- und
Maximalwert zugewiesen, wodurch der ” Meßbereich“ des Geräts festgelegt wird. Wird der Bereich
verlassen, so wird eine Underflow/Overflow-Warnung angezeigt. Im Gegensatz dazu wird bei der
Digitalanzeige der Wertebereich durch die Angabe der angezeigten Stellen (Digits) vor und hinter
dem Komma definiert. Die Bereichsfestlegung erfolgt im jeweiligen Eigenschaftsdialog.
Die Größe der Anzeigegeräte kann frei skaliert werden. Außerdem kann dem Anzeigeelement eine
Farbe zugeordnet werden.
Digitalanzeige
Einem Digitaldisplay nachempfundene Anzeige, bei der die Zahl der angezeigten Vor- und
Nachkommastellen gewählt werden kann.
Analoge Anzeigegeräte
Zwei Zeigergeräte, das eine davon im Stile eines Drehspulinstruments und das andere mit einer
linear ausgerichteten Anzeige. Neben Minimum, Maximum und Meßwert kann im Eigenschaftsdialog
die Skaleneinteilung und die Skalenbeschriftung eingestellt, sowie ein Beschriftungstext
eingefügt werden.
Thermometer
Wie bei den anderen analogen Anzeigegeräten, kann im Eigenschaftsdialog des Thermometers
neben Minimum, Maximum und Meßwert auch die Skaleneinteilung und die Skalenbeschriftung
eingestellt, sowie ein Beschriftungstext eingefügt werden.
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3.4 Steuerobjekte
Referenz: Elemente des Animationseditors – Steuerobjekte
Bei den Steuerobjekten handelt es sich um interaktive Elemente, die zur Laufzeit eine Schnittstelle
zwischen Benutzer und Animation bzw. Skript herstellen. Die Eigenschaften dieser Objekte
sind daher hauptsächlich auf ihre Steuerfunktionen hin ausgerichtet und besitzen selbst nur eingeschränkte
Möglichkeiten zur Animation. Z.B. können die Steuerobjekte zwar skaliert, aber nicht
gedreht oder geschert werden.
Die Werte der Steuerobjekte (z.B. Knopf gedrückt / nicht gedrückt, Position des Schiebereglers)
können zur Laufzeit von einem PASCL TM -Skript ausgelesen werden. Teilweise können die Zustände
der Steuerelemente auch direkt in einem Wirkungsgefüge abgefragt werden. Für nähere Informationen
hierzu wird auf die Manuals der Skriptsprache PASCL TM bzw. des Modellbildungseditors
verwiesen.
Knopf
Der Knopf kann über den Eigenschaftsdialog mit einem Text und/oder einem Icon versehen
werden (Bilddatei im gif, jpg oder png-Format, auch transparent/animiert).
Intern verfügt der Knopf über einen Zähler, der zur Laufzeit bei jedem Anklicken inkrementiert
wird und über das PASCL TM -Skript abgefragt werden kann. Auf diese Weise lässt sich der Knopf
neben Ein- und Ausschaltvorgängen auch für komplexere Aufgaben einsetzen.
Schieberegler
Für den Schieberegler läßt sich im Eigenschaftsdialog ein Minimum und ein Maximum
festlegen, welche den beiden Positionen am Anschlag des Reglers entsprechen. Außerdem kann
die Schrittweite gewählt werden, um die der Wert des Schiebereglers beim Klicken auf eine der
Dreiecksflächen erhöht bzw. erniedrigt wird.
Durch eine Größenänderung des Schiebereglers (siehe Modifikatoren/Streckung ) kann zwischen
vertikaler und horizontaler Ausrichtung des Reglers gewechselt werden. Wenn er höher ist als
breit, handelt es sich automatisch um einen vertikalen Regler. Entsprechend für die horizontale
Richtung.
Zweidimensionaler Schieberegler
Beim sogenannten ” Touchpad“ handelt es sich um die zweidimensionale Ausführung eines
Schiebereglers. Die Position des Reglers wird entsprechend durch zwei Koordinaten angegeben.
Die Auswahl einer Position kann entweder mittels der beiden Schieber an den Seiten geschehen,
wobei die vertikale und die horizontale Einstellung unabhängig voneinander möglich ist. Oder es
kann direkt durch Klicken und Ziehen mit der linken Maustaste auf die Fläche des Touchpads ein
Wert eingestellt werden.
Exklusive Auswahl
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Funktionale Objekte
Bei der Exklusiven Auswahl handelt es sich um eine Anordnung von, in der Regel mehreren,
Feldern, von denen immer genau eines markiert werden kann.
Im Eigenschaftsdialog können Felder hinzugefügt, entfernt und beschriftet werden.
Optionale Auswahl
Bei der Optionalen Auswahl handelt es sich um eine Anordnung von, in der Regel mehreren,
Feldern, von denen beliebig viele auf einmal markiert werden können. Es ist auch möglich, daß
überhaupt kein Feld markiert ist.
Im Eigenschaftsdialog können Felder hinzugefügt, entfernt und beschriftet werden.
3.5 Funktionale Objekte
Die funktionalen Objekte zeichnen sich weniger durch ihr Aussehen als durch ihre Funktion aus.
Sie sind auf bestimmte Aufgaben ” spezialisiert“, um die Erzeugung der Animation zu erleichtern
oder zu ergänzen. Einige der funktionalen Objekte sind zur Laufzeit unsichtbar (Pinpunkt, Koordinatensystem).
Die Objekte innerhalb dieser Familie haben keine nennenswerten gemeinsamen
Eigenschaften.
Pinpunkt
Der Pinpunkt ist ein Instrument zur Verknüpfung und Gruppierung mehrerer Animationsobjekte.
Da er selbst in einer Animation ansteuerbar ist und darüberhinaus mit anderen Pinpunkten
verbunden werden kann, eröffnen sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten.
Im Entwurfsmodus kann ein Objekt mit der Maus an den Pinpunkt ” angepinnt“
werden. Dazu drückt man die mittlere Maustaste 1 über dem Pinpunkt und zieht die
Maus bei gehaltener Taste. Man sieht eine Linie, die vom Pinpunkt zum Mauscursor
führt. Fährt man nun mit der Maus über ein pinbares Objekt (alle grafischen
Primitive, vektorartigen Objekte und Pinpunkte), so werden dort ” Andockpunkte“
sichtbar. Wenn die Maustaste über einem Andockpunkt losgelassen wird, ist damit
die Verbindung hergestellt.
Auf diesselbe Art und Weise können beliebig viele Verbindungen erzeugt werden.
Alle Verbindungen eines Pinpunktes werden sichtbar, wenn der Pinpunkt das aktive
Objekt ist (man erreicht dies durch einfaches Anklicken mit der Maus).
Im Eigenschaftsdialog kann neben Ort und Drehwinkel eingestellt werden, ob die Verbindungen
des Pinpunktes ” starr“ sind. Wenn die Verbindungen nicht starr sind, haben sie keine Wirkung,
und Pinpunkt sowie verknüpfte Objekte können unabhängig voneinander bewegt werden. Erst
wenn starre Verbindungen gewählt werden, hat der Pinpunkt seine gruppierende Wirkung.
Die Größe des Pinpunkts kann nicht geändert werden, er lässt sich jedoch verschieben und drehen.
Letzteres hat nur dann eine sichtbare Wirkung, wenn der Pin über mindestens eine starre Verbindung
verfügt. Dann werden die verknüpften Objekte entlang der sich drehenden Verbindungsachse
1 Statt der mittleren Maustaste können i.d.R. auch die linke und rechte Maustaste gleichzeitig gedrückt werden.
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Funktionale Objekte
mitbewegt. Bei einer Verschiebung bewegen sich die verknüpften Objekte in gleichbleibendem Abstand
zum Pinpunkt mit.
Wichtig ist hierbei: Die angepinnten Objekte folgen dem Pinpunkt – aber nicht andersherum. Wird
der Ort eines verknüpften Objekts direkt (also nicht über den Pinpunkt) geändert, so verweilt der
Pinpunkt an seiner Stelle und die Verbindungslinie wird entsprechend gedehnt.
Der Pinpunkt und seine Verbindungen sind zur Laufzeit unsichtbar.
Koordinatensystem
Dieses Objekt stellt die Möglichkeit zur Verfügung, andere Koordinatensysteme zu verwenden,
als das systemeigene Bildschirmkoordinatensystem. Das Bildschirmkoordinatensystem
hat seinen Nullpunkt in der oberen linken Ecke der Zeichenfläche, sowie eine nach rechts zeigende
x-Achse, eine nach unten zeigende y-Achse und die Längeneinheit Pixel. Beim Koordinatensystemobjekt
können Nullpunkt, Achsenausrichtung und Skalierung frei gewählt werden. Es handelt
sich dabei aber immer um kartesische Koordinatensysteme.
Die Wahl des Nullpunkts geschieht durch Verschieben des Koordinatensystems.
Der Nullpunkt liegt genau dort auf dem Bildschirm, wo
die beiden Achsen sich schneiden.
Die Wahl der Achsenrichtungen erfolgt über den Eigenschaftsdialog.
Dort können unabhängig voneinander die Richtung der x-Achse (nach
links oder nach rechts) und die Richtung der y-Achse (nach oben oder
nach unten) eingestellt werden.
Die Skalierung erfolgt durch zwei Bestimmungsstücke. Einerseits durch die Länge der Achse
auf dem Bildschirm und andererseits durch die Angabe des Maßstabs im Eigenschaftsdialog. In
der Abbildung wurde das Koordinatensystem in x-Richtung etwas gedehnt (siehe Modifikatoren/Streckung
) und darüberhinaus der rot markierten Strecke die Länge 50 zugewiesen. Die
Skalierung einer Achse ist in positiver und negativer Richtung gleich (kartesisches Koordinatensystem).
Auf diese Weise ist ein eindeutiger Maßstab definiert.
Eine Einheit der Länge wird hier nicht festgelegt. Diese muß vom Benutzer beim Entwurf seines
Modells beachtet werden.
Die Animationsobjekte, die auf ein Koordinatensystem angewiesen sind (grafische Primitive ,
vektorartige Objekte , Pinpunkte ), besitzen einen Dialog ” Koordinatensystem“ in dem sie einem
bestimmten Koordinatensystem zugewiesen werden können, so daß deren Positionierung und
Ausrichtung fortan auf dieses System bezogen sind.
Graphenplotter
Der Graphenplotter ist ein vielseitiges Instrument zur Darstellung von zweidimensionalen
Diagrammen. Es können beliebige Variablen oder Meßgrößen miteinander in Beziehung gesetzt
und die entsprechenden Funktionen dargestellt werden. Eine große Flexibilität ergibt sich durch
die Angabe der Funktionen in parametrisierter Form. Der Graphenplotter besitzt eine Vielzahl von
Optionen, mit denen die Darstellung den Ansprüchen des Problems und des Benutzers angepasst
werden kann. Eine Besonderheit ist außerdem die Möglichkeit zur automatischen Skalierung der
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Funktionale Objekte
Achsenwertebereiche während der Messung bzw. Graphenerstellung. Die automatische Achsenskalierung
funktioniert auch, wenn mehrere Kurven in dasselbe Achsensystem gezeichnet werden.
Ein Graphenplotter kann mehrere Achsensysteme enthalten, die hier kurz ” Skalen“ genannt werden
sollen. Jede Skala kann wiederum mehrere Funktionsgraphen enthalten, die hier kurz ” Kurven“
genannt werden. Die Zuordnung von Kurven zu Skalen ist eine eindeutige Abbildung, d.h. jeder
Kurve ist genau eine Skala zugeordnet, während einer Skala mehrere Kurven zugeordnet sein
können. Wenn beispielsweise zwei Funktionen dargestellt werden sollen, so können diese entweder
in eine gemeinsame Skala oder jede für sich in eine eigene Skala gezeichnet werden.
Nach der Erzeugung eines Graphenplotterobjekts auf
der Zeichenfläche präsentiert sich dieses zunächst nur
als leeres Rechteck. Über das Kontextmenu erreicht
man den Dialog ” Graphenverwaltung“, welcher die
Schaltzentrale zur Steuerung des Graphenplotters darstellt.
Jeder Graphenplotter kann bis zu 8 Skalen und
bis zu 32 Kurven enthalten.
In der Graphenverwaltung können Skalen und Graphen
erzeugt und entfernt werden. In den zwei Unterdialogen
” Bearbeiten...“ können für jede Skala bzw. für
jede Kurve Eigenschaften festgelegt werden, die im Folgenden
genauer behandelt werden. Zu den Eigenschaften einer Kurve gehört auch die Angabe, in
welchem Achsensystem sie gezeichnet wird. Eine Kurve kann erst erzeugt werden, wenn mindestens
eine Skala definiert worden ist.
Die folgenden Eigenschaften können für jede Skala und für jede Kurve einzeln gewählt werden.
Dies geschieht durch Auswahl der entsprechenden Skala bzw. Kurve in der Liste des Graphenverwaltungsdialogs
und anschließendes Anklicken des ” Bearbeiten...“-Knopfes. Generell können
Skalen und Kurven mit einem neuen Namen versehen werden, der die Identifikation in der Liste
des Graphenverwaltungsdialogs erleichtern kann.
Eigenschaften für Skalen
Achsen Durch Aktivierung der Autoskalierung kann erreicht werden, daß die Wertebereiche von
Abszisse und Ordinate automatisch der zu zeichnenden Kurve angepasst werden. Ansonsten
müssen die Skalierungen manuell eingestellt werden.
Für jede Skala kann separat eingestellt werden, ob die x-Achse am oberen oder unteren
Rand des Graphenplotters gezeichnet wird, oder ob sie durch den Nullpunkt der Ordinate
verläuft.
Ebenso kann die y-Achse am linken oder rechten Rand des Plotters gezeichnet werden, oder
durch den Nullpunkt der Abszisse verlaufen.
Schließlich kann für jede Skala eine Achsenfarbe gewählt werden.
Skalierung Wenn die Autoskalierung für eine Skala nicht aktiviert ist, dann werden die Werte der
manuellen Skalierung verwendet. Dabei kann für jede Achse eine Unter- und Obergrenze
festgelegt werden (Minimalwert und Maximalwert). Außerdem kann eine Schrittweite für
die Beschriftung gewählt werden.
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Funktionale Objekte
Beschriftung Jede Achse kann zusätzlich mit einem Text beschriftet werden, der in einer wählbaren
Farbe angezeigt wird. Darüberhinaus kann festgelegt werden, ob die Beschriftung der
x-Achse über oder unter der Achse bzw. die Beschriftung der y-Achse links oder rechts
neben der Achse erscheint.
Eine weitere Option entscheidet darüber, ob die Minimal- und Maximalwerte mit angezeigt
werden, auch wenn sie nicht zur Schrittweite der restlichen Achsenbeschriftung passen. Die
Achsenbeschriftung kann wahlweise in Scientific Notation erfolgen.
Gitter Zusätzlich kann ein Gitter angezeigt werden, das durch Breite, Höhe und Farbe definiert
ist. Die Einstellung ” Intelligentes Gitter“ versucht, die Gitterweite automatisch anzupassen.
Eigenschaften für Kurven
Zugehörige Skala Hier wird aus einer Liste diejenige Skala festgelegt, in die diese Kurve gezeichnet
werden soll. Wird ” idle“ gewählt, dann wird die Kurve nicht gezeichnet, bis sie wieder
einer Skala zugeordnet wird.
Funktion Die zu zeichnende Funktion wird in parametrisierter Form angegeben (x-Deklaration
und y-Deklaration).
Beispielsweise führt die Eingabe x → t, y → sin(t) zur Darstellung der Sinuskurve sin(t).
Dagegen führt x → sin(t), y → cos(t) zu einer Kreiskurve.
Darstellung Aus einer Vielzahl von Formen (Kreis/Quadrat/Dreieck, gefüllt/ungefüllt, Kreuze,
etc.) kann die Darstellung der Kurvenpunkte gewählt werden, ebenso die Farbe der Kurvenpunkte
und die Farbe der Verbindungslinie. Ob die Kurvenpunkte mit einer Linie verbunden
werden sollen oder nicht, kann ebenfalls gewählt werden.
Mausmessung
Das Mausmessungsobjekt bildet eine der Schnittstellen zur Messung in JPAKMA TM . Die
Meßhardware ist in diesem Fall die Maus.
Die Computermaus kann in ihrer originalen Erscheinungsform eingesetzt werden, z.B. um zweidimensionale
Bewegungen aufzunehmen. In umgebauter Form kann die Maus als vielseitiger
Bewegungssensor verwendet werden. Hierzu wird auf http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/
verwiesen.
Zum Aktivieren der Mausmessung und Auslesen der Mausmeßdaten stehen entsprechende PASCL TM
Anweisungen zur Verfügung.
Wirkungsgefügeabbild
Animationseditor und Modellbildungseditor verfügen jeweils über eine eigene Zeichenfläche.
Unter Umständen ist es wünschenswert eine ” Fotografie“ der jeweils anderen Zeichenfläche anzuzeigen.
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Referenz: Elemente des Animationseditors – Funktionale Objekte
Diese Möglichkeit bietet das Wirkungsgefügeabbild für den Animationseditor – es bildet den Inhalt
des Modellbildungseditors ab. Das Abbild ist skalierbar und aktualisiert sich außerdem bei
Änderungen des Wirkungsgefüges selbst.
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