Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit konzeptionellen Untersuchungen rund um die Windows Presentation Foundation (WPF) der Firma Microsoft. Die WPF ist eine Klassenbibliothek zur Gestaltung von grafischen Benutzeroberflächen. Sie ist ein Bestandteil des .NET 3.0 Frameworks.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Technologien analysiert, die bisher zur Visualisierung von Computergrafiken und zur Gestaltung von Programmoberflächen verwendet wurden. Die Vorteile und Nachteile dieser Technologien werden mit denen der Windows Presentation Foundation verglichen.

Die Hauptproblematik dieser Arbeit ist die Untersuchung der Einsatzfähigkeit der WPF. Dabei wird erforscht, ob die WPF alle aktuellen Anforderungen an die Entwicklung grafisch anspruchsvoller Programmoberflächen erfüllt und ob es Aussagen über die Weiterentwicklung der Windows Presentation Foundation gibt. Weiterhin wird untersucht, inwiefern die WPF mit traditionellen Technologien kombiniert werden kann. Abschließend werden Beispielprogramme vorgestellt und es wird eine Anleitung für das Verwenden der Windows Presentation Foundation gegeben.

Abstract

This paper deals with conceptual examinations around the Windows Presentation Foundation (WPF) of the company Microsoft. The WPF is a class library to the formation of graphicel user interfaces. It is a feature of the .NET 3.0 Framework. Within the scope of this work, technologies are analyzed, that were used for the visualization of computer graphics and to the formation of program surfaces until now. The advantages and disadvantages of these technologies are compared with those of the Windows Presentation Foundation.

The main problem of this work is the examination of the operational ness of the WPF. It will explore on that occasion whether the WPF meets all current requests for the development of graphically selective program surfaces and whether there are statements about the development of the Windows Presentation Foundation. Still, it is examined to what extent the WPF can be combined with traditional technologies. Example programs are introduced in conclusion and it is given an instruction for using the Windows Presentation Foundation.

Inhaltsverzeichnis

Abstract.   2

Abstract.   3

Inhaltsverzeichnis........................................................................................................   4

Abbildungsverzeichnis   6

Tabellenverzeichnis   8

1  Einleitung  1

1.1  Aufgabenstellung  2

2  Grundlagen  3

2.1  Das NET Framework  3

2.1.1  Was ist das NET Framework  3

2.1.2  Das NET 3.0 Framework  4

2.2  Die Windows Presentation Foundation - WPF.  6

2.2.1  Einführung  6

2.2.2  Eigenschaften der WPF.  7

2.3  Microsoft Silverlight.  9

2.4  XAML  9

2.5  GDI  10

2.6  GDI  10

2.7  DirectX  10

2.8  OpenGL  12

2.9  Windows API  13

2.10  Windows.Forms  14

3  Bearbeitung der Aufgaben  14

3.1  Vergleich und Analyse  15

3.1.1  Win32 API.  15

3.1.2  Windows.Forms  16

3.1.3  Windows Presentation Foundation  18

3.1.4  Managed DirectX  22

3.1.5  OpenGL  23

3.1.6  Zusammenfassung  24

3.2  Untersuchungen  26

3.2.1  Oberflächengestaltung.  26

3.2.2  Werkzeuge zur quellcode-unabhängigen Gestaltung von GUIs  29

3.2.3  Kombination von WPF und Windows.Forms  35

3.2.4  WPF und DirectX-Funktionalität.  42

3.2.5  Voraussetzungen für Hardware und Software  42

3.2.6  Kombination WPF und Delphi-Projekte  43

3.2.7  Umgang mit großen Daten (Pixelbilder)  45

3.2.8  Programmumfeld  46

3.2.9  Installshield.  49

3.2.10  Alternativen zu WPF und Windows.Forms  49

3.2.11  Kompatibilität zu ActiveX  51

3.2.12  Zukunft von WPF  51

3.3  Beispielprogramme  52

3.3.1  3D Schaltflächen.  52

3.3.2  Flipper.  55

3.3.3  iPod-Media-Player  57

3.4  Beispielprogramm für die Kombination mit Delphi-Programmen  59

3.5  Kurzanleitung für die Verwendung von WPF  59

4  Zusammenfassung  61

Literaturverweise.   63

Eidesstattliche  Erklärung  67

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Aufbau des NET 3.0 Frameworks 4  

Abbildung  2: Darstellung der Interop-Technik  

Abbildung  3: Verschachtelung visueller Elemente (vgl. 7 )  

Abbildung  4: Bildschirmfoto von Expression Blend 37  

Abbildung  5: Bildschirmfoto des Aurora XAML Designers 38  

Abbildung  6: Bildschirmfoto des Kaxaml Editor.  

Abbildung  7: Bildschirmfoto des XAMLPad Editor.  

Abbildung  8: Die Klassen WindowsFormsHost und ElementHost bilden die zentralen  

Komponenten  für die Interoperabilität zwischen Windows.Forms und WPF  

Abbildung  9: Einbindung eines WPF-Steuerelementes in ein Windows.Forms-Projekt  

Abbildung  10: eine WPF-Animation in einer Windows.Forms-Anwendung verwenden  

Abbildung  11: Eine Windows.Forms-Anwendung mit einem WPF-Steuerelement mit  

3D-Effekten   

Abbildung  12: Beispiel für den Aufruf eines nicht modalen WPF-Fensters aus einer  

Windows.Forms  -Applikation.  

Abbildung  13: das Verwenden mehrerer Windows.Forms-Control in einem  

WindowsFormsHost   

Abbildung  14: Aufruf der EnableVisualStyles-Methode.  

Abbildung  15: Namespace-Mapping zwischen CLR-Namespace und XML-  

Namespace.   

Abbildung  16: Verwendung von Windows.Forms-Controls in WPF (XAML-Code)  

Abbildung  17: Verwendung von Windows.Forms-Controls in WPF (C -Code)  

Abbildung  18: Projekt-Eigenschaften ändern  

Abbildung  19: die Assembly als CO-Msichtbar markieren  

Abbildung  20: WPF-Projekt für CO-MInterop registrieren  

Abbildung  21: Beispielprogramm "Flipper"  

Abbildung  22: Beispiel für das Ergebnis einer Lokalisierung 52  

Abbildung  23: Darstellung von dreidimensionalen Schaltflächen  

Abbildung  24: die dreidimensionale Schaltfläche klappt nach hinten, sobald sich der  

Mauszeiger  über hier befindet.  

Abbildung  25: die gedrückte dreidimensionale Schaltfläche  

Abbildung  26: die Klassenstruktur des Beispielprogramms "3D Schaltflächen"  

Abbildung  27: die obere Hälfte des aktuellen Bildes wird nach unten umgeklappt  

Abbildung  28: die Klassenstruktur des Beispielprogramms "Flipper"  

Abbildung  29: die Anordnung der vier Model3DGroup-Elemente.  

Abbildung  30: Media-Player mit der Oberfläche eines iPod  

Abbildung  31: die Klassenstruktur des iPod-Media-Player  

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 1:  die Vorteile und Nachteile der Win32 API.  16

Tabelle 2:  die Vorteile und Nachteile der Windows.Forms-Bibliothek  18

Tabelle 3:  die Vorteile und Nachteile der Windows Presentation Foundation  21

Tabelle 4:  die Vorteile und Nachteile von DirectX  23

Tabelle 5:  die Vorteile und Nachteile von OpenGL  24

Tabelle 6:  Überblick über die Ergebnisse aus Aufgabe 1.  26

Tabelle 7:  Systemvoraussetzungen für die Installation des NET 3 0 Frameworks  43

1 Einleitung

Eine grafische Benutzeroberfläche ist eine Softwarekomponente, die Computerbenutzern die Interaktion mit der Maschine über grafische Elemente erlaubt. Diese grafischen Elemente werden mittels Zeige- und Steuerungsinstrument, wie beispielsweise einer Maus, bedient. Oftmals wird auch das Akronym GUI verwendet. Dieses stammt aus dem Englischen und steht für Graphical User Interface, was wörtlich übersetzt "grafische Benutzerschnittstelle" bedeutet. (vgl. ^[1] ) Die Entwicklung der GUIs vereinfachte die Bedienung von Computern und erlaubte auch weniger erfahrenen Anwendern die Arbeit am Rechner. Deshalb war diese Erfindung essentiell für die weltweite Verbreitung von Computern. Seit den 1970er Jahren wurden die grafischen Benutzeroberflächen kontinuierlich weiterentwickelt. Dabei wurde nicht nur die Interaktion mit den Softwareprogrammen verbessert und vereinfacht, sondern auch die Entwicklung der GUIs für die jeweilige Software. Die Benutzeroberfläche ist ein wichtiger Bestandteil nahezu jeder Anwendung. Die Ansprüche, die Benutzer an Benutzeroberflächen stellen, sind jedoch erheblich gestiegen. Herkömmliche menügesteuerte GUIs werden natürlich weiterhin benötigt, aber Anwendungen müssen häufig auch in der Lage sein, Videos anzuzeigen, Animationen auszuführen, zwei- und dreidimensionale Grafiken darzustellen und mit verschiedenen Arten von Dokumenten zu arbeiten. Und all das muss unabhängig davon möglich sein, ob über einen installierten Desktopclient oder einen Webbrowser auf die Anwendung zugegriffen wird. (vgl. ^[2] )

Im Laufe der Zeit entstanden umfangreiche Bibliotheken, mit deren Hilfe grafische Bedienoberflächen gestaltet werden können. Die Firma Microsoft stellt nun eine mächtige Klassenbibliothek zur Verfügung, um den Softwareherstellern die grafische Gestaltung von Programmen zu ermöglichen. Diese Bibliothek wird als WPF bezeichnet und ist Teil des .NET 3.0 Frameworks. WPF ist das Akronym für Windows Presentation Foundation.

In Rahmen dieser Projektarbeit sollen die Vorteile und Nachteile dieser neuen Klassenbibliothek analysiert werden.

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1.1 Aufgabenstellung

Die Aufgabenstellung kommt von der Firma braasch & jäschke computertechnik in Wernigerode:

Ziel dieser Projektarbeit ist es die Möglichkeiten die die Windows Presentation Foundation bietet zu untersuchen. Dabei soll die WPF mit bereits vorhandenen Technologien zur Oberflächengestaltung verglichen und die jeweiligen Vorteile und Nachteile herausgearbeitet werden. Zudem wird untersucht inwiefern neue WPF-Elemente in die vorhandenen Programme integriert werden können. Um die Fähigkeiten der Windows Presentation Foundation zu demonstrieren und die Integrierbarkeit zu testen sollen Beispielprogramme implementiert werden. Die Projektarbeit beinhaltet folgende Teilaufgaben:

1. Vergleich und Analyse der Vor- und Nachteile verschiedener Visualisierungsmethoden für Programmoberflächen und Grafikausgaben:

2. Es ist zu untersuchen:

3. Es ist ein Beispielprogramm (in C#) zu entwickeln, das alle wesentlichen Möglichkeiten von WPF demonstriert

4. Es ist - wenn möglich - eine Beispielimplementierung zur Kombination von Delphi-Code und WPF anzufertigen

5. Es ist eine Kurzanleitung zur Verwendung von WPF anzufertigen

2 Grundlagen

In diesem Kapitel werden die grundlegenden Technologien erläutert, die zum Verständnis dieser Projektarbeit nötig sind. Die Windows Presentation Founation ist Teil des .NET 3.0 Frameworks. Deshalb wird zunächst erläutert worum es sich dabei handelt.

2.1 Das .NET Framework

2.1.1 Was ist das .NET Framework

Das .NET Framework ist eine Softwarekomponente, die einem Windows Betriebssystem hinzugefügt werden kann. Es enthält eine Reihe vorgefertigter Lösungen für allgemeine Programmieraufgaben. Zudem handhabt es die Ausführung von Programmen, die speziell für dieses Framework entwickelt wurden.

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Die vorgefertigten Programme bieten Lösungen zu verschiedensten Problemen. Dazu gehören:

¾ Grafische Oberflächen,

¾ Datenzugriffe,

¾ Datenbanken,

¾ Kryptografie,

¾ Web Anwendungen,

¾ Numerische Algorithmen,

¾ Netzwerkverbindungen.

Diese Lösungen des Frameworks können benutzt und durch eigene Klassen erweitert werden. Dabei unterstützt .NET verschiedene Programmiersprachen. Beispiele hierfür sind C# und VB.NET.

.NET-Anwendungen werden in einer virtuellen Maschine ausgeführt. Ein ähnliches Konzept wurde bei der Programmiersprache Java verfolgt. Bei Microsoft wird diese als Common Language Runtime (CLR) bezeichnet und ist ein Teil des .NET-Frameworks.

Das Framework soll es insgesamt leichter machen, Programme zu schreiben. Gleichzeitig soll es dazu beitragen, die Verwundbarkeit von Programm und Computer gegenüber Bedrohungen zu minimieren. (vgl. ^[3] )

2.1.2 Das .NET 3.0 Framework

Das .NET 3.0 Framework wird auch als WinFX oder Longhorn Application Model bezeichnet. Im Wesentlichen baut das .NET 3.0 Framework auf der älteren Version 2.0 auf. Doch es beinhaltet auch einige Neuerungen und Erweiterungen. In der nachfolgenden Abbildung (siehe Abbildung 1) wird ein Überblick über den Aufbau von .NET 3.0 gegeben.

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Die vier wichtigsten neuen Komponenten werden nun kurz erläutert.

¾ Windows Presentation Foundation (WPF): Die WPF ist auch unter ihrem früheren Codenamen "Avalon" bekannt. Sie ist ein neues User Interface Subsystem. Es bedient sich der 3D Computergrafik Hardware und Direct3D Technologien. (vgl. ^[3] )

¾ Windows Communication Foundation (WCF): Der Codename der WCF lautete "Indigo". Hierbei handelt es sich um ein Dienstorientiertes Nachrichtensystem, welches unterschiedlichen Programmen erlaubt, lokal oder auf Distanz zu interagieren. (vgl. ^[3] )

¾ Windows Workflow Foundation (WWF):

Die WWF erlaubt das Einrichten von Prozessautomatisierung und integrierten Transaktionen anhand von Workflows. Workflow bezeichnet das Durchlaufen einzelner Etappen eines Arbeitsprozesses durch Dokumente oder Anwendungen. Der Codename von WWF war "Workflow". (vgl. ^[3] )

¾ Windows Cardspace (WCS):

Die WCS ist eine Softwarekomponente, die die digitale Identität einer Person sicher aufbewahrt. Des Weiteren stellt WCS ein vereinheitlichtes Interface für die Auswahl einer Identität bei einer Transaktion bereit. WCS ist auch unter dem Codenamen "Infocard" bekannt. (vgl. ^[3] )

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2.2 Die Windows Presentation Foundation - WPF

2.2.1 Einführung

Die Klassenbibliothek der Windows Presentation Foundation gehört zum .NET 3.0 Framework. Die WPF kann als Nachfolger von GDI und GDI+ angesehen werden. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern setzt WPF auf DirectX auf und bietet dadurch volle Hardwarebeschleunigung. (vgl. ^[5] )

Hardwarebeschleunigung ist ein Begriff aus der Computertechnik. Es beschreibt eine Technik, bei der Daten durch spezielle Hardware verarbeitet wird, und nicht durch die CPU des Rechners. Dadurch wird eine deutlich bessere Performance ermöglicht. Ein Beispiel für Hardwarebeschleunigung sind Grafikkarten. Dabei werden alle grafikspezifischen Berechnungen durch den speziell darauf ausgelegten Prozessor der Grafikkarte, die GPU, erledigt. (vgl. ^[6] )

Die Windows Presentation Foundation kann ebenfalls als Nachfolger der mit .NET 1.0 eingeführten Windows.Forms-Bibliothek angesehen werden. Diese Bibliothek dient zur Gestaltung grafischer Benutzeroberflächen. Die WPF ist keine Erweiterung der Windows.Forms-Bibliothek. Vielmehr kann sie als Neuimplementierung angesehen werden, welche wesentlich mehr Möglichkeiten bietet. (vgl. ^[7] ) Die WPF bringt ein konsistentes Programmiermodell zur Erstellung von Anwendungen mit sich und bietet eine klare Trennung zwischen grafischer Oberfläche und Programmlogik. Eine WPF-Applikation kann sowohl lokal auf dem Desktop als auch in einem Webbrowser ausgeführt werden. Die WPF zielt darauf ab, eine große Anzahl von Diensten gleichzeitig anzubieten. Dazu gehören unter anderem: (vgl. ^[3] )

¾ Grafische Oberflächen,

¾ 2D- und 3D-Grafiken,

¾ feste und anpassungsfähige Dokumente,

¾ erweiterte Typografie,

¾ Vektorgrafiken,

¾ Rastergrafiken,

¾ Animationen,

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¾ Audio,

¾ Video.

Mit der WPF ist es möglich Effekte, die bisher nur in Spielen vorkamen, ganz einfach auf den Desktop zu bringen. Dabei erkennt WPF automatisch die Leistungsfähigkeit des Systems und passt die Effektvielfalt der Anwendung an die gegebenen Ressourcen an. (vgl. ^[5] )

2.2.2 Eigenschaften der WPF

In diesem Abschnitt werden einige der wichtigsten Eigenschaften der Windows Presentation Foundation aufgelistet.

¾ Grafische Dienste:

Alle grafischen Elemente, darunter auch Windows Desktop-Gegenstände, sind Direct3D-Anwendungen. Dies hat verschiedene Gründe. Zum Einen wird dadurch eine einheitliche Form der Darstellung erreicht. Zum Anderen erlaubt es weitere grafische Möglichkeiten. Weiterhin ist es dadurch möglich die GPU der Grafikkarte zu nutzen und die CPU zu entlasten. Außerdem wird dadurch der Einsatz von Vektorgrafiken ermöglicht. (vgl. ^[3] )

Vektorgrafiken basieren anders als Rastergrafiken nicht auf einem Pixelraster, in dem jedem Bildpunkt ein Farbwert zugeordnet ist. Sie definieren sich mittels mathematischer Funktionen. Dadurch ist es möglich, dass Vektorgrafiken ohne Qualitätsverlust beliebig skaliert und verzerrt werden können. (vgl. ^[8] )

Zudem erlaubt die WPF, 3D-Modell Rendering und Interaktion in 2D-Anwendungen.

Auch einige Spezialeffekte können realisiert werden. So beinhaltet die Bibliothek unter anderem Methoden, um Schattenwurf-, Unschärfe- und Spiegelungs-Effekte zu implementieren. (vgl. ^[3] )

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