Processing: Desarrollo de interfaces de usuario, aplicaciones de visión artificial e IoT para Arduino y ESP8266
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Si quiere descubrir cómo Processing deviene un complemento ideal para Arduino y ESP8266, este es su libro. Con él podrá ir más allá de la recogida de datos de sensores o el manejo de servos y motores, lo que le permitirá crear interfaces y entornos visuales interactivos para llevar sus proyectos con Arduino y ESP8266 a un nuevo nivel. Gracias a la multitud de prácticas que presenta el manual y la explicación paso a paso de los códigos podrá:
o Desarrollar proyectos de forma rápida y sencilla, aprendiendo un nuevo lenguaje casi sin darse cuenta, ya que el entorno de desarrollo interactivo (IDE) en Arduino y Processing son muy similares.
o Crear interfaces gráficas de usuario para presentar de forma vistosa todo tipo de información y realizar cualquier actividad de control desde un ordenador.
o Conectar su ordenador o teléfono móvil a su Arduino de forma remota con Bluetooth o WiFi.
o Usar protocolos de internet de las cosas (IoT) para recibir datos y dar órdenes a través de un móvil con acceso a Internet a cualquier dispositivo conectado a Arduino o ESP8266.
o Procesar imágenes con métodos de visión artificial que le permitan identificar caras u objetos e, incluso, hacer un seguimiento de sus movimientos.
o Desarrollar programas de realidad aumentada que añadan información gráfica o textual en tiempo real a las imágenes obtenidas de una cámara web.
Además, en la parte inferior de la primera página del libro encontrará el código de acceso que le permitirá descargar de forma gratuita los contenidos adicionales en www.marcombo.info.
Con la amplia variedad de técnicas reunidas en este libro podrá llegar a realizar casi cualquier cosa con Arduino y ESP8266. Disfrute de las enormes posibilidades de una plataforma que no para de crecer y sobrepase los límites de su imaginación.
Tomás Domínguez es ingeniero de telecomunicación y doctorado en inteligencia artificial. Su labor profesional se ha desarrollado en una multinacional de telecomunicaciones, donde ha ocupado diversos cargos relacionados con la tecnología. Asimismo, ha ejercido como profesor universitario de ingeniería informática en la Universidad Alfonso X el Sabio de Madrid.
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Comentarios para Processing
1 clasificación1 comentario
- Calificación: 5 de 5 estrellas5/5Excelente libro para introducirse a la programación creativa. Muy Recomendado.
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Processing - Tomás Domínguez Mínguez
Unidad 1
INTRODUCCIÓN
Processing es un entorno de programación dirigido al desarrollo de aplicaciones visuales e interactivas. Fue creado en 2001 por Casey Reas y Ben Fry con el objetivo de proporcionar una herramienta fácil de usar a diseñadores gráficos sin conocimientos previos de informática. Por lo tanto, su fin es la alfabetización software de estos colectivos en los que dicha disciplina no es más que una herramienta (como los pinceles) para alcanzar un fin: la creación artística.
IllustrationProcessing es de código abierto, por lo que se puede descargar y usar de forma gratuita, lo que ha fomentado la participación y colaboración de una comunidad cada vez más amplia que ha sido vital para su continuo crecimiento. No en vano, en el seno de esta gran familia se han desarrollado más de cien bibliotecas, tanto de presentación de información como de comunicaciones o electrónica, incluso de visión artificial, algunas de la cuales se describirán en esta obra.
Como resultado del compromiso de este proyecto por promover el aprendizaje del software dentro de las artes, especialmente entre aquellos que de otro modo no tendrían acceso a este tipo de herramientas y recursos, en 2012 fue constituida la Processing Foundation.
Según sus creadores, Processing consiste en:
•Un entorno de desarrollo, en el que podrá escribir, depurar y ejecutar sus propios programas.
•Un conjunto de funciones (también denominadas comandos) que conforman lo que en programación se conoce como API ( Application Programming Interface , interfaz de programación), además de diversas bibliotecas que admiten funciones más avanzadas, entre las que destacan las de comunicaciones (utilizada para la integración con Arduino) o las de procesamiento de imágenes, audio o vídeo, entre otras.
•Un lenguaje, cuya sintaxis es casi idéntica a la de Java. Como esta es similar a la de C++, si programa en Arduino, también lo sabe hacer en Processing.
•Una activa comunidad online ( http://processing.org
). Sus componentes son el semillero que mantiene viva la llama del proyecto.
Quizá ahora le resulte difícil ver la relación entre un entorno de diseño gráfico y Arduino. Pronto cambiará de opinión, ya que la realización de los múltiples ejercicios propuestos durante la lectura de este manual le demostrarán que su orientación visual e interactiva hace posible el desarrollo de interfaces de usuario que facilitan las tareas de presentación de los datos recogidos a través de sensores o el control de sistemas mediante relés, servos o motores.
Unidad 2
IDE PROCESSING
A los entornos de desarrollo se los conoce por el acrónimo inglés IDE (Integrated Development Environment). En Processing, a este IDE se le llama PDE (Processing Development Enviroment) y, como verá más adelante, su aspecto recuerda al de Arduino, lo que facilita su aprendizaje.
El IDE Processing es muy simple, en línea con su orientación a usuarios con escasos conocimientos informáticos. Básicamente, incluye un editor de texto en el que se escriben los programas y una ventana de visualización donde se ejecutan. También dispone de una serie de herramientas que facilitan tareas como la selección de colores, la creación de fuentes, etc.
Aunque viene con un conjunto de librerías con las que se puede hacer todo aquello para lo que fue creado, permite el uso de otras desarrolladas por terceros que amplían sus capacidades, muy especialmente la de comunicación con Arduino.
Dispone de diferentes modos de programación. Por defecto se trabaja en el de Java, aunque es posible descargar otros que admiten el desarrollo de aplicaciones Python o incluso Android.
Seguramente esté deseando empezar a utilizarlo. Pero antes tendrá que instalarlo en su ordenador. Como pronto comprobará, la sencillez de manejo de este entorno se extiende también a la propia instalación que, a diferencia de otros entornos de desarrollo (especialmente Java), es prácticamente inmediata.
2.1 INSTALACIÓN
La última versión de Processing se encuentra en https://processing.org/download
. Para descargarla, seleccione el sistema operativo del que disponga (Mac OS, Windows o Linux).
IllustrationAunque Processing es multiplataforma, los comentarios que se hagan en este obra relacionados con el sistema operativo harán referencia exclusivamente a Windows.
Si quiere saber si su ordenador Windows es de 64 bits, pulse en el botón Inicio
(el situado en la esquina inferior izquierda del escritorio) y luego en Configuración
.
En la ventana que aparece, pulse sobre la categoría Sistema
.
Se muestra una nueva pantalla en la que tendrá que seleccionar la opción Acerca de
situada al final de todas las que aparecen a la izquierda. Hecho esto, en el apartado Tipo de sistema
del panel derecho encontrará la información buscada.
Después de descargar el archivo .zip
, descomprímalo en la carpeta que haya elegido, por ejemplo, en Documentos. Se habrá creado una nueva cuyo nombre incluye la versión del entorno (en el momento de escribir este libro es la 4.0.1). No tiene que hacer nada más. En realidad, no hay ningún proceso de instalación ya que la aplicación no es más que un ejecutable (processing.exe
) situado dentro de esta nueva carpeta (processing-4.0.1
), bajo la que hay una estructura de subcarpetas con todo lo necesario para su funcionamiento.
En la ruta de instalación de la carpeta donde haya decidido instalar Processing no debe haber acentos ni cualquier otro carácter especial.
Estará impaciente por ver el aspecto de este IDE. Para ello, solo tiene hacer doble clic sobre el archivo processing.exe
. Aparecerá la siguiente ventana:
Como puede observar, la interfaz está en inglés. Para cambiar el idioma, seleccione la opción Preferences…
del menú File
. Se abrirá una nueva ventana en la que podrá elegir el español de entre todos los ofrecidos en el menú desplegable asociado al campo Language
.
Una vez hecho esto, pulse el botón OK
. Para que los cambios surtan efecto tendrá cerrar el IDE y volver a abrirlo.
Antes de empezar la descripción de este entorno y todo lo que ofrece, si le resultara incómodo tener que acceder a la carpeta de Processing cada vez que quiera ejecutarlo, puede crear un acceso directo en el escritorio. Para ello, en Windows solo tiene que pulsar con el botón izquierdo del ratón en una zona vacía y seleccionar la opción Nuevo
Acceso directo
.
Aparecerá una ventana en la que se elige el archivo ejecutable de Processing y luego otra en la que se asigna un nombre al acceso directo (por ejemplo, Processing
).
Al pulsar el botón Finalizar
de esta última ventana, verá el acceso directo en su escritorio junto al del resto de aplicaciones.
2.2 INTERFAZ
Una vez realizada la instalación del entorno de desarrollo de Processing y la configuración del idioma, ya está en condiciones de empezar a utilizarlo. Pero, antes, conviene que conozca las distintas partes en las que se divide su interfaz.
IllustrationSe trata de las siguientes:
1. Barra de menús. Contiene los menús desde cuyas opciones se accede a las diversas facilidades ofrecidas por el IDE.
2. Barra de herramientas. En la parte izquierda hay dos botones con los que se ejecutan o se paran los programas.
IllustrationA la derecha se encuentra el menú con el que se selecciona el modo de ejecución (por defecto, Java) y un botón con forma de mariposa que activa el depurador (tiene el mismo efecto que la opción Depuración
Activar depurador
, que conocerá más adelante).
3. Pestañas para administrar archivos. Cuando los programas crecen, pueden ser difíciles de mantener. Para facilitar esta tarea, se aconseja dividir el código en varios archivos que se editan en pestañas independientes.
4. Editor de texto. Zona de la interfaz donde se escribe el código.
5. Área de mensajes. Aquí es donde aparecen los errores que se cometen durante la edición del código.
6. Consola de texto. Muestra tanto los mensajes de error del sistema como los de tipo informativo que haya incluido en el código con las funciones print() y println(), similares a Serial.print() y Serial.println() de Arduino.
7. Pie. Permite elegir si el tipo de información mostrada en la consola es la de error generada por el IDE o la informativa añadida por nosotros mismos.
Veamos en detalle la barra superior, ya que es donde realmente se concentra la funcionalidad proporcionada por esta herramienta.
IllustrationEn ella se encuentran los siguientes menús:
•Archivo. Entre sus opciones, destacan las necesarias para crear, abrir o guardar el código de un programa.
•Editar. Agrupa todas las opciones básicas que tiene cualquier editor de texto.
•Sketch. Además de la ejecución y parada de programas, que también se muestran como botones en la barra de herramientas, entre sus opciones destaca aquella con la que se importan librerías. Estas amplían las capacidades de Processing más allá de las que tiene integradas. Hay infinidad de librerías generadas por la comunidad de Processing que, como verá a lo largo de este libro, le posibilitará trabajar con imágenes 2D y 3D, grabar o reproducir archivos de audio y vídeo, realizar tareas de visión artificial o establecer comunicaciones con Arduino a través de su puerto serie, mediante cable USB, Bluetooth (conectándolo al módulo HC-05) o Internet (en este último caso, se emplearía una placa basada en el SoC ESP8266).
•Depuración. Permite activar y configurar el depurador, que es una importante herramienta de diagnóstico de errores. Al activarlo, toma el control sobre el avance de la ejecución del código, que puede hacerse línea a línea, o detenerse en los puntos de interrupción que determine. Una vez parado el programa, los valores de las variables se mostrarán en un panel independiente.
•Herramientas. Sus opciones abren utilidades de diferente naturaleza con las que podrá crear fuentes, utilizar colores específicos, etc.
•Ayuda. Como su nombre indica, contiene todo tipo de recursos que facilitan tanto el aprendizaje como el uso del IDE, además de enlaces a páginas web que ofrecen una explicación detallada del entorno, así como de resolución de errores, preguntas frecuentes, tutoriales, etc.
Las opciones de estos menús se irán estudiando poco a poco a lo largo del libro según se vayan necesitando. Sin embargo, las del menú Archivo
son imprescindibles para empezar a trabajar con Processing, motivo por el que se describen a continuación.
2.3 SKETCHES
En Processing, al igual que en Arduino, a los programas se les llama sketches. Cada sketch tiene su propia carpeta, cuyo nombre es el del archivo (o el del principal, si hubiera varios). Por ejemplo, si escribiera un nuevo sketch y lo guardara con el nombre HolaMundo
, se crearía la carpeta HolaMundo
, dentro de la que existiría un archivo llamado HolaMundo.pde
.
La extensión de archivo PDE es el acrónimo de Processing Development Environment.
El nombrado de archivos Processing sigue las mismas normas que en Arduino.
Si el código fuera muy extenso, en vez de escribirlo en un único archivo podría repartirlo entre varios (uno de los cuales sería el principal). En ese caso, cada uno de ellos se abriría en pestañas independientes, que se gestionarían mediante las opciones del menú desplegable con forma de flecha situado a la derecha del nombre de la propia pestaña. Como puede ver en la siguiente imagen, estas permiten crear nuevas pestañas, cambiar el nombre o eliminar la actual (entre otras):
IllustrationDebido a su sencillez, las prácticas que se realicen en esta obra no requieren dividir el código en varios archivos, motivo por el que no tendrá necesidad de utilizar dichas opciones.
Además de los archivos de código, la carpeta del sketch puede contener otras carpetas, entre las que destaca la destinada a los archivos multimedia (data
).
Como verá más adelante, cuando se agrega una fuente de texto, una imagen o un vídeo a un sketch mediante la opción Sketch
Agregar archivo...
, la carpeta de data
se crea automáticamente.
Aunque los sketches se pueden almacenar en cualquier carpeta de su ordenador, Processing los guarda por defecto en un sketchbook (cuaderno de bocetos). Siguiendo el símil artístico, sería el cuaderno de dibujos del artista.
Para establecer la carpeta que representa el sketchbook, seleccione la opción Archivo
Preferencias…
(la misma con la que cambió el idioma de la interfaz). Se abrirá una ventana en la que tendrá que indicar su ruta de acceso en el campo Ubicación del sketchbook
.
Al seleccionar la opción Archivo
Guardar
, los archivos se guardarán en dicha carpeta. Para abrirlos de nuevo, solo tiene que seleccionar la opción Archivo
Sketchbook
y pulsar aquel en el que se encuentra.
Esta configuración no es necesaria ni imprescindible, ya que los archivos se pueden guardar en cualquier carpeta y, posteriormente, abrirlos con la opción Archivo
Abrir
. Aunque esta última forma de trabajo le da más libertad, un cuaderno de bocetos le ayudará a mantenerlos ordenados.
Una vez que ya sabe que en Processing un programa es un sketch que se almacena en un sketchbook, ya está en condiciones de conocer las opciones del menú Archivo
. Se trata de las siguientes:
•Nuevo. Abre una ventana con un sketch en blanco, al que nombrará automáticamente con la fecha actual usando el formato sketch_ YYMMDDx
(la ‘x’ nal es un carácter que va cambiando para distinguir los que se hayan creado en el mismo día).
•Abrir. Abre un sketch en una nueva ventana.
•Reciente. Muestra la lista de sketches cerrados recientemente.
•Sketchbook. Abre una pequeña ventana en el que aparecen los sketches de su sketchbook.
•Ejemplos. Abre otra ventana donde se muestra la lista de programas de ejemplo de todas las librerías que tenga instaladas, sean nativas o importadas. Le animo a que ejecute alguno de ellos para comprender el enorme potencial de este lenguaje.
•Cerrar. Cierra la ventana del sketch que está visualizando.
•Guardar. Guarda el sketch en el sketchbook.
•Guardar como. Guarda el sketch con el nombre y en la carpeta que quiera.
•Exportar aplicación. Convierte el sketch en un archivo ejecutable.
•Configurar página. Define las opciones de impresión del código.
•Imprimir. Imprime el código del sketch.
•Preferencias. Configura aspectos de funcionamiento del entorno, como la ubicación predeterminada del sketchbook, el tamaño de la fuente utilizada en el editor de texto o el idioma, entre otros muchos.
•Salir. Cierra todas las ventanas y sale del IDE Processing.
Si quiere conocer las opciones del resto de menús, visite https://processing.org/environment
o, simplemente, seleccione la opción Ayuda
Entorno
(le llevará a esta misma página).
Unidad 3
PROGRAMACIÓN CON PROCESSING
Aunque se hable de la programación con Arduino como si se tratara de un lenguaje específico, realmente no es así ya que se hace en C++. Lo que sucede es que Arduino incorpora dentro de su IDE un conjunto de funciones específicas que facilitan el control de los dispositivos hardware que se conectan a sus pines, ya sean de entrada y salida, tanto analógicos como digitales. En Processing sucede algo similar, solo que ahora se programa en Java y el foco es el diseño gráfico.
Aunque Java y C++ son lenguajes diferentes, el uso de variables, estructuras de control, operadores o el manejo de funciones tienen una sintaxis similar, por lo que podrá reutilizar los conocimientos de programación ya adquiridos con Arduino. Lo que sea específico de Processing se explicará a medida que sea necesario.
La referencia del lenguaje Processing se localiza en processing.org/reference
. Este será el sitio al que deberá acudir para conocer los detalles de cualquiera de las funciones que lo componen.
3.1 FUNCIONES setup() y draw()
En Processing, el código de los sketches se estructura en dos grandes bloques, setup() y draw(), que en realidad son funciones muy singulares. En general, una función toma como entrada una serie de argumentos, que son los datos que necesita para realizar una tarea y devolver un resultado. En el caso que nos ocupa, ninguna requiere datos de entrada ni tampoco devuelven una salida. Por eso, se declaran así:
void setup(){
…
}
void draw(){
…
}
Las instrucciones que componen la función setup() se ejecutan una única vez. Por ese motivo, se utiliza generalmente para definir las condiciones iniciales del sistema como, por ejemplo, las dimensiones de la ventana, el color de fondo, el tamaño de la fuente de texto, etc. Solo puede haber una función setup() en cada programa y no se debe volver a llamar después de su ejecución inicial.
Por el contrario, las instrucciones de la función draw() se ejecutan una y otra vez de forma repetida. Son las encargadas de realizar el refresco de la imagen que se muestra en pantalla (al igual que los fotogramas de una película) con el fin de dar sensación de movimiento. Cada uno de dichos fotogramas se pinta en un ciclo del bucle, en el que también se atienden los posibles eventos de teclado, ratón, comunicaciones, etc., que permitirán la interactividad del programa.
Como ya se habrá dado cuenta, la estructura de un sketch Processing es similar al de Arduino, en la que las funciones setup() y loop() juegan un papel análogo.
Como las funciones setup() y draw() son la base de la estructura de un programa Processing, se hará referencia a ellas como bloques.
3.2 HOLA MUNDO
El aprendizaje de un lenguaje de programación siempre comienza con un pequeño programa llamado Hola Mundo
que muestra la forma de usarlo.
En este caso consistirá en un texto que sigue el puntero del ratón dentro de la ventana de la aplicación.
IllustrationSu código es el siguiente:
void setup(){
size(300, 100);
}
void draw(){
background(0);
text(Hola Mundo
, mouseX, mouseY);
}
Como puede observar, se aprecian los dos grandes bloques presentes en cualquier sketch: setup() y draw().
Dentro del primero se llama a la función size(), cuyos argumentos determinan el tamaño de la ventana de la aplicación (300 × 100 píxeles).
Si no se fijara un tamaño de forma explícita, Processing abriría una ventana de 100 × 100 píxeles. Si quiere que el programa ocupe toda la pantalla, susituya esta función por:
fullScreen()
En ese último caso, para salir de la aplicación deberá mantener pulsada la tecla Esc.
La función size() debe ser la primera del bloque setup(). Solo se puede llamar una vez y no permite redimensionar el tamaño de la ventana. Además, los valores de sus argumentos deben ser números, en ningún caso variables.
En el bloque draw(), la función background() establece el color de fondo especificado como argumento. En este caso, el valor 0 indica que se trata del negro.
Por defecto, Processing asigna un color de fondo gris claro. En la sección dedicada a los colores conocerá la distintas formas de especificar cualquier otro.
A continuación, se muestra el texto Hola Mundo
con la función text(). El primer argumento de esta función es una cadena de caracteres y los otros dos las coordenadas x, y del punto donde empezaría a escribirse. En esta ocasión, dichas coordenadas son variables del sistema que contienen las coordenadas x, y del ratón en todo momento (mosuseX y mouseY).
Una vez desarrollado este programa, guárdelo con el nombre HolaMundo
. Tanto si lo ha hecho en su sketchbook como en cualquier otra ubicación del disco, compruebe que se ha creado una carpeta con dicho nombre, dentro de la que se debe encontrar el archivo HolaMundo.pde
.
Solo quedaría verificar si el comportamiento del sketch es el descrito. Para ello, pulse el botón Ejecutar
de la barra de herramientas, lleve el ratón dentro de la ventana y confirme que el texto lo va siguiendo allí donde se mueva.
Observe que en