Создание простого графического интерфейса пользователя (GUI) в MATLAB: пошаговое руководство

MATLAB – мощный инструмент для научных вычислений и инженерных задач. Но иногда для удобства взаимодействия с вашими программами требуется графический интерфейс пользователя (GUI). В этой статье мы рассмотрим, как создать простой GUI в MATLAB, используя инструмент GUIDE (Graphical User Interface Development Environment). Мы пройдём все этапы от создания нового проекта до добавления элементов управления и написания кода для обработки событий.

Что такое GUI и зачем он нужен?

GUI (Graphical User Interface) – это способ взаимодействия пользователя с компьютерной программой, основанный на использовании графических элементов, таких как кнопки, текстовые поля, выпадающие списки и т.д. GUI делает программы более интуитивными и удобными для использования, особенно для пользователей, не знакомых с командной строкой или программированием. В контексте MATLAB, GUI позволяет визуализировать результаты вычислений, управлять параметрами и создавать интерактивные приложения.

Подготовка к созданию GUI

Прежде чем приступить к созданию GUI, убедитесь, что у вас установлен MATLAB с компонентом App Designer (в более новых версиях) или GUIDE (в более старых версиях). В данном руководстве мы будем использовать GUIDE, так как он более прост в освоении для начинающих.

Шаг 1: Запуск GUIDE

Откройте MATLAB и в командной строке введите guide и нажмите Enter. Откроется окно GUIDE Quick Start. Выберите «Blank GUI (Default)» и нажмите «OK».

Шаг 2: Знакомство с интерфейсом GUIDE

Перед вами появится окно GUIDE с несколькими панелями:

• Layout Editor: Основная рабочая область, где вы будете размещать элементы управления (кнопки, текстовые поля и т.д.).
• Component Palette: Панель с доступными элементами управления.
• Property Inspector: Панель для настройки свойств выбранного элемента управления (например, текст кнопки, цвет, размер и т.д.).
• Menu Editor: Панель для создания и редактирования меню.
• MATLAB Code Editor: Редактор кода, в котором генерируется и редактируется код обработки событий.

Создание простого GUI калькулятора

Давайте создадим простой калькулятор, который будет выполнять сложение двух чисел.

Шаг 3: Добавление элементов управления

Из Component Palette перетащите следующие элементы на Layout Editor:

• Два Edit Text (редактируемое текстовое поле) для ввода чисел. Разместите их один под другим.
• Один Push Button (кнопка) для выполнения сложения. Разместите ее справа от текстовых полей.
• Один Static Text (нередактируемый текст) для отображения результата. Разместите его под кнопкой.

Шаг 4: Настройка свойств элементов управления

Теперь давайте настроим свойства добавленных элементов:

• Edit Text 1:
  • Выделите Edit Text 1.
  • В Property Inspector найдите свойство String и оставьте его пустым.
  • Найдите свойство Tag и измените его на edit1. Это имя будет использоваться для доступа к элементу из кода.
• Edit Text 2:
  • Выделите Edit Text 2.
  • В Property Inspector найдите свойство String и оставьте его пустым.
  • Найдите свойство Tag и измените его на edit2.
• Push Button:
  • Выделите Push Button.
  • В Property Inspector найдите свойство String и измените его на Сложить.
  • Найдите свойство Tag и измените его на buttonAdd.
• Static Text:
  • Выделите Static Text.
  • В Property Inspector найдите свойство String и измените его на Результат:.
  • Найдите свойство Tag и измените его на resultText.

Шаг 5: Сохранение GUI

Нажмите кнопку «Save» (дискета) в верхней панели GUIDE. Сохраните GUI как файл calculator.fig и соответствующий файл кода calculator.m. MATLAB автоматически сгенерирует файл кода с базовой структурой для обработки событий.

Написание кода для обработки событий

Теперь нам нужно добавить код, который будет выполняться при нажатии кнопки «Сложить».

Шаг 6: Переход в редактор кода

Перейдите в MATLAB Code Editor, переключившись во вкладке GUIDE. В коде найдите функцию-обработчик для события нажатия кнопки buttonAdd. Эта функция будет иметь вид:

function buttonAdd_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to buttonAdd (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
end

Шаг 7: Добавление кода сложения

Внутри этой функции добавьте следующий код:

function buttonAdd_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to buttonAdd (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Получаем значения из полей ввода
num1Str = get(handles.edit1, 'String');
num2Str = get(handles.edit2, 'String');

% Преобразуем строки в числа
num1 = str2double(num1Str);
num2 = str2double(num2Str);

% Проверяем, являются ли введенные значения числами
if isnan(num1) || isnan(num2)
  % Если хотя бы одно из значений не является числом, выводим сообщение об ошибке
  set(handles.resultText, 'String', 'Ошибка: введите числа');
else
  % Если оба значения являются числами, вычисляем сумму
  sumResult = num1 + num2;

  % Преобразуем сумму в строку
  sumStr = num2str(sumResult);

  % Выводим результат в текстовое поле
  set(handles.resultText, 'String', ['Результат: ', sumStr]);
end
end

Пояснение к коду:

• get(handles.edit1, 'String') и get(handles.edit2, 'String') получают текст из полей ввода с идентификаторами edit1 и edit2.
• str2double() преобразует текст в число.
• isnan() проверяет, является ли значение NaN (Not a Number). Это используется для обработки случаев, когда пользователь вводит не число.
• Если оба значения числа, вычисляется сумма sumResult = num1 + num2;.
• num2str() преобразует число обратно в текст для отображения.
• set(handles.resultText, 'String', ['Результат: ', sumStr]); выводит результат в текстовое поле с идентификатором resultText.

Запуск и тестирование GUI

Шаг 8: Запуск GUI

Сохраните код в MATLAB Code Editor. Вернитесь в Layout Editor и нажмите кнопку «Run» (зеленый треугольник) в верхней панели. Откроется окно вашего GUI калькулятора.

Шаг 9: Тестирование

Введите два числа в поля ввода и нажмите кнопку «Сложить». Вы должны увидеть результат сложения в поле вывода. Попробуйте ввести нечисловые значения. В этом случае, вы увидите сообщение об ошибке.

Дополнительные возможности и советы

Улучшение пользовательского интерфейса:

• Используйте рамки (Panel) для группировки элементов управления.
• Изменяйте шрифты, цвета и размеры элементов.
• Добавляйте изображения (Axes и Image) для наглядности.
• Используйте popupmenus (выпадающие списки) для выбора из предопределенного набора значений.
• Применяйте checkbox и radiobutton для переключения режимов.

Отладка кода:

• Используйте отладчик MATLAB (breakpoints) для пошагового выполнения кода и поиска ошибок.
• Используйте disp() или fprintf() для вывода отладочных сообщений в командную строку.

Расширенные возможности GUIDE:

• Создавайте меню (Menu Editor).
• Используйте таймеры (timer) для выполнения задач через заданные интервалы времени.
• Создавайте всплывающие окна (dialog).
• Интегрируйте GUI с другими функциями MATLAB.

Заключение

Создание простого графического интерфейса пользователя в MATLAB с помощью GUIDE – это несложный процесс, который позволяет сделать ваши программы более удобными и интерактивными. Вы можете расширить этот базовый пример, добавляя новые элементы управления и функции для создания более сложных приложений. GUI делает ваши научные расчеты и инженерные проекты более понятными для всех пользователей.

В этой статье мы рассмотрели основы создания GUI с помощью GUIDE. По мере вашего опыта, вы можете изучать более продвинутые возможности GUI, включая создание интерактивных графиков, работу с файлами и многое другое. MATLAB предоставляет мощные инструменты для создания пользовательских интерфейсов, которые соответствуют вашим конкретным потребностям. Продолжайте экспериментировать, и вы сможете создавать профессионально выглядящие и функциональные GUI приложения!

Дальнейшее изучение:

• Изучите App Designer в более новых версиях MATLAB.
• Посмотрите документацию по GUIDE на сайте MathWorks.
• Исследуйте различные компоненты из Component Palette.
• Упражняйтесь в создании различных GUI-приложений.

Надеемся, что это пошаговое руководство помогло вам начать создавать собственные GUI в MATLAB. Удачи в ваших проектах!