Introdução à programação
com Python em um contexto visual

Particulas (Orientação a objetos)

Adapatdo de: VILLARES, A. B. A.; MOREIRA, D. DE C.; GOMES, M. R. Ensino de programação em um contexto de exploração gráfica com Processing modo Python. In: Anais GRAPHICA 2017 - XII International Conference on Graphics Engineering for Arts and Design. Anais…Araçatuba(SP) UNIP, 2017. Para executar instale o Processing com o modo Python

Vamos ver aqui alguns conceitos introdutórios de orientação a objetos:

Não são abordadadas ainda questões de herança ou composição.

Prerequisitos para aproveitar melhor este material:

0. Começando sem orientação a objetos

Redesenhando formas e atualizando variáveis no laço principal do Processing

Para obter o efeito de movimento (animação de uma partícula) criaremos um par de variáveis globais x e y, que serão inicializadas no setup() com as coordenadas do meio da àrea de desenho. Note que o escopo global dessas variáveis precisa ser indicado com a palavra chave global quando pretendemos alterá-las.

O código que vai em draw() tem a execução repetida continuamente, é o “laço principal” do sketch. Neste bloco vamos inicialmente limpar a tela com background() e em seguida invocar a função de desenho particula() na posição indicada pelas variáveis x e y, atualizar as variáveis de posição e por fim checar se estas estão além de um certo limite e precisam ser redefinidas para um novo ciclo da animação.

def setup():
    """ Código de configuração, executado no início pelo Processing """
    global x, y
    size(100, 100)  # área de desenho
    x, y = width / 2, height / 2   # coordenadas do meio da área de desenho

def draw():
    """ Laço principal de repetição do Processing """
    global x, y
    background(0)  # limpeza do frame, fundo preto
    circle(x, y, 10)  # desenha círculo
    x += 1  # incrementa o x
    y += 1  # incrementa o y
    if x > width + 25:
        x = -25
    if y > height + 25:
        y = -25

1. Primeira aproximação de uma classe

Definindo a classe Partícula

Vamos agora obter o mesmo comportamento usando um objeto da classe definida pelo bloco class Particula():.

A definição da classe começa com o método especial __init__() que inicializa os atributos de dados (campos) de posição e tamanho quando um novo objeto é criado.

O método desenha() é praticamente a função que escrevemos no passo inicial, não requer mais os parâmetros de posição e tamanho, uma vez que usa os atributos de posição e tamanho do próprio objeto (instância do objeto) quando executado.

O método atualize() contém o código anteriormente usado para atualizar a posição nas variáveis globais, agora atualiza os atribdutos de dados (campos ou variáveis de instância) de posição do objeto.

No bloco setup() criamos uma instância de particula no meio da àrea de desenho com a linhaparticula = Particula(width / 2, height / 2) e o bloco draw() vai repetidamente limpar a tela e chamar os métodos de desenho e atualização, particula.desenha() e particula.atualize() respectivamente.

def setup():
    """ Código de configuração, executado no início pelo Processing """
    global particula_0
    size(100, 100)  # área de desenho
    particula_0 = Particula(width / 2, height / 2)

def draw():
    """ Laço principal de repetição do Processing """
    background(0)  # atualização do desenho, fundo preto
    particula_0.desenha()
    particula_0.atualize()

class Particula():
    """ Classe Particula, com métodos de desenho e atualizaçao ('atualize') """

    def __init__(self, px, py, ptamanho=50):
        self.x = px
        self.y = py
        self.tamanho = ptamanho

    def desenha(self):
        """ Desenha círculo """
        circle(self.x, self.y, self.tamanho)

    def atualize(self):
        """ atualiza a posição do objeto """
        self.x += 1
        self.y += 1
        if self.x > width + 25:
            self.x = -25
        if self.y > height + 25:
            self.y = -25

2. Instanciando mais objetos

Criando algumas partículas

A vantagem da estruturação e encapsulamento de ter uma classe Particula pode começar a fazer sentido quando instanciamos mais de uma particula.

def setup():
    """ Instancia três particulas """
    global particula_0, baindeira_1, particula_2
    size(100, 100)  # área de desenho (width, height)
    meia_largura, meia_altura = width / 2, height / 2
    particula_0 = Particula(meia_largura, meia_altura)
    particula_1 = Particula(80, 10, 30)
    particula_2 = Particula(10, 40, 20)

def draw():
    """ Limpa a tela, desenha e atualiza particulas """
    background(0)  # atualização do desenho, fundo preto
    particula_0.desenha()
    particula_0.atualize()
    particula_1.desenha()
    particula_1.atualize()
    particula_2.desenha()
    particula_2.atualize()
    

...o código continua com a classe Particula mostrada anteriormente

3. Ampliando a classe Particula

Mudando o comportamento e adicionando outras propriedades.

O passo seguinte é dado ampliando o código da classe Particula.

No método __init__():

  1. Sorteio do tamanho, caso nenhum tenha sido fornecido na expressão construtora;
  2. Sorteio da velocidade, decomposta nos componentes horizontal self.vx e vertical self.vy;
  3. Sorteio da cor, ligeiramente translúcida.

No método desenha():

  1. Remoção do contorno com noStroke();
  2. Aplicação da cor de preenchimento com fill(self.cor).

No método atualize():

  1. Atualização da posição pela soma dos componentes de velocidade na posição;
  2. Tratamento da saída do objeto da área de desenho por qualquer dos lados.
class Particula():
    """ Classe Particula, cor sorteada, velocidade sorteada """

    def __init__(self, px, py, ptamanho=None):
        self.x = float(px)
        self.y = float(py)
        if ptamanho:
            self.tamanho = ptamanho
        else:
            self.tamanho = random(50, 200)
        self.vx = random(-1,1)
        self.vy = random(-1,1)
        self.cor = color(random(256),  # R
                         random(256),  # G
                         random(256),  # B
                         200)  # alpha

    def desenha(self):
	""" Desenha círculo """
        fill(self.cor)
        circle(self.x, self.y, self.tamanho)


    def atualize(self):
        """ atualiza a posição do objeto e devolve do lado oposto se sair """
        self.x += self.vx
        self.y += self.vy
        metade = self.tamanho / 2
        if self.x > width + metade:
            self.x = -metade
        if self.y > height + metade:
            self.y = -metade
        if self.x < -metade:
            self.x = width + metade
        if self.y < -metade:
            self.y = height + metade

4. Muitas partículas!

Uma lista de objetos

Uma estrutura de dados, no caso uma lista, pode de maneira muito simples conter referências para um grande número de objetos. Aqui chegamos rapidamente a um comportamento visualmente interessante instanciando 50 particulas no setup() e em seguida no draw() iteramos por estas particulas de maneira bastante típica em Python com um laço for object in collection_of_objects:

particulas = []  # lista de objetos

def setup():
    """ Define área de desenho e popula lista de particulas """
    size(400, 400)  # área de desenho (width, height)
    meia_largura, meia_altura = width / 2, height / 2
    for _ in range(50):
        nova_particula = Particula(meia_largura, meia_altura)
        particulas.append(nova_particula)

def draw():
    """ Limpa a tela, desenha e atualiza particulas """
    background(0)  # atualização do desenho, fundo preto
    for particula in particulas:
        particula.desenha()
        particula.atualize()

...o código continua com a classe Particula mostrada anteriormente