Progetto FireworksSimulatore di spettacoli pirotecnici
“Linguaggi e Modelli Computazionali LS” Francesco Ferri
Obiettivi di progetto
• Definire un interprete per il linguaggio definito.
• Generare una simulazione in grafica 2D in grado di riprodurre spettacoli pirotecnici il più fedelmente possibile.
• Realizzare un linguaggio in grado di descrivere uno spettacolo di fuochi artificiali.
Luci e spari.
Condizioni atmosferiche.
Strutturato.
Suoni.
Espressivo. Di facile comprensione e utilizzo.
ScreenShot
Pannello principale
Pannello per la simulazione
Struttura ad albero della simulazione
Stima durata simulazione
Barra di scorrimento temporale
Posizione Cursore
Grammatica 1/4
<Fireworks> = Impostazioni<Impostazioni>Fine{<Batteria>}<EOF>
<Impostazioni> = <Sfondo>;<VelocitaSimulazione>;<Meteo>;
<Batteria> = Batteria{<Istruzione>;}Fine
<Istruzione> = <Sparo>|<Intervallo>|<Colore>
SCOPO
STRUTTURA DEL LINGUAGGIO
Grammatica 2/4
<VelocitaSimulazione>=Velocita(<Velocita>)
<Velocita>=Alta|Media|Bassa
<Sfondo>=Carica(<Id>)
<Meteo>=(Sereno|<NonSereno>)
<NonSereno>=<Precipitazione>,<Num>,<Num>
<Precipitazione>=Vento|Pioggia|Neve
VELOCITA SIMULAZIONE
SFONDO
CONDIZIONI ATMOSFERICHE
Grammatica 3/4<Intervallo>=Ritardo(<Num>)
<Colore> = Colore(<Num>-<Num>-<Num>)
<Sparo> = Sparo(<TipoSparo>: <ParametriPosizione><ParametriLuce>,<Scia>,<Scoppio>)
<ParametriPosizione> = <Num>,<Num>,<Num>
<ParametriLuce> = <Num>,<Num>,<Num>,<Num>,<Num>
<TipoSparo> = Girandole | StelleFilanti | Puntini
<Scia> = Scia_Si | Scia_No
<Scoppio> = Secco | Normale | Sfrigolante
ATTESA
COLORE
FUOCHI
< Num: ( ["1"-"9"] (["0"-"9"])* | "0" ) >
< Id: ( ["a"-"z"] (["a"-"z"]|["0"-"9"]|"."|"\\"|":\\")* ) >
NUMERI POSITIVI
IDENTIFICATORI
Grammatica 4/4
Struttura del linguaggio
Impostazioni
Fine
[ Impostazioni generali ]
Batteria
Fine
[ Istruzioni ]
1
1..N
Il linguaggio 1/3
Impostazioni
Fine
Sfondo(Capodanno_a_Venezia.jpg);
Velocita(Media);
Meteo(Pioggia,10,30);
E’ possibile impostare una immagine di sfondo.
Si richiede di specificare una velocità di simulazione: Alta(10x), Media(5x) o Bassa(1x).
Indicazioni di condizioni atmosferiche: Sereno oppure Vento, Pioggia o Neve e indicazione di intensità e direzione.
Dominio [0+K*180 - 180+K*180] con K ≥ 0
Linguaggio 2/3
Fine
Batteria
Ritardo(5);
Colore(200-120-80)
Sparo(<Tipo><Param. posizione><Param.luce><Scia><Scoppio>)
Impostazione di un ritardo dall’ultima esplosione.
Colore dello sparo.
Fuochi artificiali.
Dominio [0 - 255] per ogni canale
Tutti i vari parametri.
Linguaggio 3/3
Sparo(<Tipo><Param. posizione><Param.luce><Scia><Scoppio>)
• Param. di posizione
• Param. di luce
• Scia
• Ascissa punto innesco• Ordinata punto innesco• Altezza esplosione
• Numero luci• Durata luci• Dimensione sparo
• Energia
• Si / No
• Scoppio• Sfrigolante / Secco / Normale
• Tipo• StelleFilanti/Puntini/Girandole
• Dimensione luce
Grammatica & Linguaggio: considerazioni
• La grammatica è di tipo 2, ma il linguaggio generato è di tipo 3 (Classificazione di Chomsky), infatti:
Self-embedding assente il linguaggio è regolare
• La grammatica è LL(1).
• Nella grammatica è assente la stringa vuota ε; esiste una tecnica di riscrittura in grado di eliminare sempre la stringa vuota da tutte le produzioni tranne lo scopo (S ε, dove S non compare nella parte destra di alcuna produzione.)
Ciascuna produzione che presenta alternative nella sua parte destra ha insiemi di Starter Symbols disgiunti e la stringa vuota è assente condizione necessaria e sufficiente per affermare che la grammatica è LL(1).
Scelte progettuali• Il tempo : ogni sparo ha una sua durata; è possibile indicare dei ritardi rispetto allo sparo precedente. Ogni sparo possiede un tempo fisico di innesco, empiricamente pari a 2 secondi.
Batteria
Ritardo(3); Sparo(Girandole:120,300,350,3,1,2,80,300,Si,Sfrigolante); Ritardo(1); Sparo(StelleFilanti:80,340,500,1,2,2,60,300,No,Secco); Sparo(StelleFilanti:100,300,400,2,2,2,90,300,No,Secco);
Fine
0 2 4 6 10 sec.8
S1 S2 S3
Conseguenze: gli spari non vengono innescati contemporaneamente, mentre se la durata di Si > Si+1 è possibile la rappresentazione contemporanea di Si ed Si+1.
Scelte progettuali
• Due visitor: uno è indispensabile per riempire correttamente la tabella degli eventi, per settare le impostazioni generali della simulazione e per trasformare le grandezze in ingresso in grandezze nel dominio dei fuochi di artificio; l’altro disegna un albero su un pannello per mostrare la struttura dello spettacolo pirotecnico.
• Tabella degli eventi : ogni fuoco pirotecnico è considerato come un evento e viene inserito in una apposita HashTable; un evento contiene tutti i parametri relativi allo sparo da lanciare e l’istante di innesco “assoluto”.
• Motore grafico (Engine) come singleton : è la classe che si occupa di rappresentare graficamente la simulazione e ne scandisce il tempo. Comunica a stretto contatto con la Tabella degli eventi per reperire su bisogno quello più prossimo. E’ progettato con forte idea di riuso: la tabella consente di disaccoppiare il motore grafico ed i visitor. Realizzare un nuovo motore grafico e sostituirlo a quello esistente diventa molto semplice !
Stelle Filanti
48
Tabella eventi ed Engine
Stelle Filanti
Stelle Filanti
Girandole
Girandole
Puntini
Puntini
10
15
35
52
58
98
Tabella Eventi
getLastEvent()
Return evento
Parametri
Parametri
Parametri
Parametri
Parametri
ParametriParametri
Motore grafico
Fireworks Visitor
addEvent(Event evento)
Pannello Simulazione
Draw(evento)
ArchitetturaAST
Fireworks Parser
Fireworks Visitor
Tree Visitor
Sorgente
Valutazione spettacolo
Albero
Architettura : packagesSuonoEsplosione.java
Eventi.java
TabellaEventi.java
LetturaFileTxt.java
TreePanel.java
MainPanel.java
Fuoco.java
Girandole.java
FireworksParser.java
Engine.java
TokenMngError.java
Token.java
Scia.java
Sfondo.java
Meteo.java
Sparo.java
DepthFirstVisitor.java
FireworksVisitor.java
TreeVisitor.java
……
… … …
Architettura: parser
• Classi generate automaticamente da javaCC a partire dalla grammatica.
Parser
Lexer
Architettura: visitor
Genera la visualizzazione dell’albero.
Genera lo spettacolo pirotecnico.
Automaticamente generato da JTB.
Diagramma delle classi (semplificato)
Test
• Test di utilizzo dell’applicazione finale da parte dell’utente finale. Inserimento di frasi corrette e di frasi non corrette e verifica della risposta del parser.
• Classi di test per verificare il funzionamento corretto dei componenti ritenuti più complessi, quindi quelli con più alta probabilità errore, omissione o bug.
1) Ritardo(-20); numeri negativi non ammessi
2) Sparo Girandole(…)); ( mancante
3) Impostazioni ”EOF” incontrato: mi aspettavo “Carica”
4) Colore(100-210-) ”NUM” mancante
n) …
Strumenti utilizzati
• Editor Java: Eclipse SDK 3.1.1
• Generazione grammatica: JavaCC 3.2
• Visitor ed albero: JTB 1.3.2
Consente la generazione di un parser per grammatiche context-free LL(k) a partire dalla grammatica.
Generazione automatica della documentazione della grammatica (jjDoc).
Visitor costruito automaticamente.
Classi dell’albero costruite automaticamente.
Le azioni semantiche sono mantenute all’interno dei visitor; se la grammatica è stabile occorre modificare solo i visitor stessi.
Sviluppi futuri e migliorie
• Arricchimento grafico della simulazione:
Grafica 3D in sostituzione della 2D.
Aggiunta di ulteriori categorie di sparo.
Analisi collisione con oggetti presenti nello sfondo.
Gestione automatica dei punti di fuga e della prospettiva.
Gestione avanzata della luce: ombre, luci, riflessi.
• Funzionalità del software:
Rendering della simulazione.
Possibilità di salvare lo stream video.
Descrizione grafica e non solo testuale degli spettacoli.
... Tutto quello che può suggerire la mente.
DEMO
S
R
AT
T !
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