7/5 プログラミング(3)

前回までの補足

今回の目標

プログラミング課題に取り組む．

複数の音を順に出す

/home08/ktanaka/bin/txt2wav.plは入力データを5秒のWAVデータになるまで繰り返し出力するので，1周期分のデータを出力するだけで5秒の音ができる．時間によって，変わる音を出す場合は，5秒分以上(44100*5個以上)のデータを出力する必要がある．以下に例を示す．

class doremi{
    // 周波数hzの音をsec秒分出力する．
    // 開始時の位相をパラメータradで渡して，終了時の位相を返す
    static double sinWave(double rad,double hz,double sec){
	int i;
	for(i=0;i< sec*44100;i++){
	    System.out.println(10000*Math.sin(rad));
	    rad=rad+2*Math.PI*hz/44100;
	}
	return rad;
    }
    // ドレミの歌
    public static void main(String[] args){
        double rad=0.0;
	// http://www.digion.com/dspark/waza/vol4/5.htm
        // 各音の周波数
	double DO=261.6; // 小文字にすると予約語doと重なる
	double RE=293.6;
	double MI=329.6;
	double FA=349.2;
	rad=sinWave(rad,DO,0.75); // ドの音を0.75秒
	rad=sinWave(rad,RE,0.25); // レの音を0.25秒
	rad=sinWave(rad,MI,0.75);
	rad=sinWave(rad,DO,0.25);
	rad=sinWave(rad,MI,0.5); 
	rad=sinWave(rad,DO,0.5); 
	rad=sinWave(rad,MI,1.0); 
	rad=sinWave(rad,RE,0.75);
	rad=sinWave(rad,MI,0.25);
	rad=sinWave(rad,FA,0.5); 
	rad=sinWave(rad,MI,0.25);
	rad=sinWave(rad,RE,0.25);
	rad=sinWave(rad,FA,1.0); 
    }
}

和音を出すプログラムをメソッド化

以下のようにsinWave2メソッドを定義して使う．

class t1{
    // 周波数hzの音をsec秒分出力する．
    // 開始時の位相をパラメータradで渡して，終了時の位相を返す
    static double sinWave(double rad,double hz,double sec){
	int i;
	for(i=0;i< sec*44100;i++){
	    System.out.println(10000*Math.sin(rad));
	    rad=rad+2*Math.PI*hz/44100;
	}
	return rad;
    }
    // 周波数hz1, 周波数hz2の和音をsec秒分出力する．
    // 開始時の位相をパラメータradで渡して，終了時の位相を返す
    static double sinWave2(double rad1,double hz1,double hz2, double sec){
	int i;
	double rad2=0.0;
	for(i=0;i< sec*44100;i++){
	    System.out.println(10000*(Math.sin(rad1)+Math.sin(rad2)));
	    rad1=rad1+2*Math.PI*hz1/44100;
	    rad2=rad2+2*Math.PI*hz2/44100;
	}
	return rad1;
    }
    public static void main(String[] args){
        double rad=0.0;
	// http://www.digion.com/dspark/waza/vol4/5.htm
        // 各音の周波数
	double DO=261.6; // 小文字にすると予約語doと重なる
	double RE=293.6;
	double MI=329.6;
	double FA=349.2;
	rad=sinWave2(rad,DO,MI,1);
	rad=sinWave2(rad,DO,FA,1);
	rad=sinWave(rad,RE,1);
	rad=sinWave2(rad,DO,MI,1);
	rad=sinWave2(rad,DO,FA,1);
    }
}

アニメーション

アニメーションを行うには，複数のppmファイルを作成してから，convert コマンドでアニメーション　GIFファイルを作ると良い．ファイルをプログラム内で名前をつけて保存することもできるが，ここではパラメータを受け取ることのできるJava プログラムを作って，パラメータを変更しながら各フレームの画像ファイルを作っていくことにする．

前回のマンデルブロー集合の例でやってみる．以下のプログラムは「赤い」部分以外は前回のプログラムと一緒(クラス名は違う)である．

class MandelAnimation{
    // 実数を引数(パラメタ)に持つメソッド mandel の定義
    static int mandel(double x, double y){
	double zr=0, zi=0,new_zr;
	int i;
	for(i=0;i<50;i=i+1){
	    if(zr*zr+zi*zi>4.0) { // |Zi|>2.0 の時は発散と判断
		return i;
	    }
	    // 複素数の計算
	    // (zr+zi*i)*(zr+zi*i)+x+y*i=(zr*zr-zi*zi+x)+(2*zr*zi+y)*i
	    new_zr=zr*zr-zi*zi+x;
	    zi=2*zr*zi+y;
	    zr=new_zr;
	}
	return 50;
    }
    public static void main(String[] args){
	int width=256, height=256;
	int frame=Integer.parseInt(args[0]);
	System.out.println("P3");
	System.out.println(width);
	System.out.println(height);
	System.out.println(255);
	int i,j,count;
	double x, y;
	for(i=0;i< height;i=i+1){
	    for(j=0;j< width;j=j+1){
		// -1.7 <= x < 0.7, -1.2 <= y < 1.2の範囲で計算
		// 整数(int)から実数(double)への変換は「(double)整数式」
		// のようにおこなう．
		x= -1.7+2.4*((double)j/(double)width)+0.1*frame; // (1)
		y= -1.2+2.4*((double)i/(double)height); // (2)
		// 0 <= r <= 50の値が返る
		count=mandel(x,y);
                int r,g,b; 
		// r=50の時に黒(0,0,0), r=0の時にほぼ白(250,250,250)とする．
                r=250-count*5; // 
                g=250-count*5; // (4)
                b=250-count*5; // 

                r=Math.min(255,Math.max(0,r)); // R の範囲を0から255までに
                g=Math.min(255,Math.max(0,g)); // G の範囲を0から255までに
                b=Math.min(255,Math.max(0,b)); // B の範囲を0から255までに
                System.out.println(r); // R
                System.out.println(g); // G
                System.out.println(b); // B
	    }
	}
    }
}

これをMandelAnimation.javaという名前で保存する．

javac MandelAnimation.java

として，コンパイルして，

java MandelAnimation 0 > mandel0.ppm
java MandelAnimation 1 > mandel1.ppm
....
java MandelAnimation 9 > mandel9.ppm

と実行する．なお，このような繰り返しは，

for i in 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9; do java MandelAnimation $i > mandel$i.ppm; done

のように書くこともできる(28.8シェルスクリプト参照)．この後で，

convert -loop 5 -delay 15 mandel0.ppm mandel1.ppm mandel2.ppm mandel3.ppm mandel4.ppm mandel5.ppm mandel6.ppm mandel7.ppm mandel8.ppm mandel9.ppm mandelanimation.gif

を実行すると， mandelanimation.gifができる．ワイルドカードを使って，

convert -loop 5 -delay 15 mandel*.ppm mandelanimation.gif

としてもよいが，2桁以上の数字の場合は，こうすると，

mandel0.ppm
mandel1.ppm
mandel10.ppm
mandel11.ppm
..
mandel19.ppm
mandel2.ppm
...

のような順に並んでしまうので，

convert -loop 5 -delay 15 mandel[0-9].ppm mandel[1-9][0-9].ppm mandelanimation.gif

のようにすると良い．

変更部分の簡単な説明をおこなう．java コマンド実行時のパラメータ( 12.3 パラメータ参照) がmainメソッドのargsに文字列配列( 26.1.6.5配列登場 )として渡されてくるので，Integer.parseInt (26.1.8.14 文字列から値へ(2)) を使って数値に変換する．

(1), (2)の行を

            x= -0.5+2.4*((double)(j-width/2)/(double)width)*(1.0-frame*0.07);
	    y= 0.0+2.4*((double)(i-height/2)/(double)height)*(1.0-frame*0.07);

のようにすると， mandelanimation1.gifのように，どんどん拡大していくアニメーションが作れる．

また，それに加えて(4)の行を

                g=250-count*5; // (4)

から，

                g=(int)((250-count*5)*frame/9.0); // (4)

のように変更すると，mandelanimation2.gifのように，色がマゼンタから白に変わっていくのが分かる．　