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2021-09-21 Edraw, Emacs, org-mode

Emacsの中で動く作図ツールを作る

先日も書きましたが最近はEmacsの中で動く作図ツールを作っています。

ソース: misohena/el-easydraw: Embedded drawing tool for Emacs (github.com)

以前囲碁の棋譜編集ツールを作ってその時にも書きましたが、Emacsの中でこのくらいのことは出来ても罰は当たらないと思うんですよね(このくらい出来て当然だろ！の意)。

org-modeは素晴らしいツールでいろんな事が出来ますが、文書の中に別の要素を埋め込んで統一的に編集する機能はまだまだ改善の余地が沢山あると思います。(ソースコードブロックのようなテキストベースでプログラマーが誰でも喜ぶような物は充実していますけど)　特にGUI要素が全然足りません。例えば図を描くならditaaやPlantUMLなんかもありますが、やっぱりGUIで描きたくないですか？　20年以上前のWordに出来たようなことが現代の編集環境で出来ないというのはとても残念な事だと思います。(Xwidgetsが使えれば色々出来るのかもしれませんがWindowsなので未だに使ったことがありません。Cygwinで環境を整えれば使えるのかもしれませんが……)

ということでEmacsの中でシームレスに作図が出来るようにと作りました。まだまだ改善するところが沢山あって思っていた以上に難航していますが、日々テストと称していろんな図を作成して遊んでいます。

実装

画像表示(ビュー)とマウス操作(コントロール)はこれまで培ってきたEmacsでのSVGやオーバーレイ、マウスイベント処理の延長線上にあります。

その上で一番最初に手を付けたのは当たり判定でした。SVGで図形を表示するのは簡単ですがマウスでクリックした点と図形との当たり判定は自分で行わなければなりません。残念ながらEmacsはそこまで面倒を見てくれません。ベジェ曲線を含んだパスの判定をするにはそれなりに手間がかかりますが、これが出来なければ話になりません。幸いこの手の当たり判定やベジェ曲線については多少扱ったことがあったのですぐに実装出来ました(完全かはともかく)。それでもこういう当たり判定処理はちゃんと動くと嬉しいものですね。

編集対象となる図形データ(モデル)は、基本的にはSVGのDOMツリーです。edraw-bodyというidを持つg要素の下が編集エリアで、それ以外の所にUIに必要なもの(グリッドやアンカー点等)を配置します(もちろん出力時にはUI要素は削除します)。できるだけDOMツリーを尊重して編集対象となるデータは常にDOMツリーに持たせてそれを書き替える形にしようと思いました。しかし今となってはちょっと怪しくなっています。shapeクラスを作ってそれ経由でDOM要素を操作する形になっていますが、shapeオブジェクトが編集中のデータを一部持ってしまっています。毎回属性をparseして編集して文字列に戻すのも大変ですし(特にpathデータ)、ドラッグ移動中や選択中のポイントが必ずしも属性と一対一で対応するわけではないので困るということもありました。とはいえそういったものは一部の例外で、基本的にはshapeオブジェクトはDOMノードをラップする存在です。あ、ちなみに今回初めてeieioを使っています(これもまた色々暗中模索でした)。

そういった所を実装して割とすぐに簡単な図が描けるようになりましたが、その後の細々とした改良に沢山の時間を費やしています。

例えば矢印は手間がかかりました。SVGにはマーカーという機能があってあらかじめ定義しておいた図形(マーカー)をパスの頂点にくっつけることが出来るのですが、あらかじめ定義しておく必要がある時点で少し面倒ですし、色も含めて定義しておく必要があるので線の色が変わると定義も更新しなければなりません。重複する定義をまとめる仕組みや変更を検知して更新する仕組みが必要でした。なので中身は見た目よりもずっと面倒くさいことになっています。でもこの手のソフトを作るなら矢印は絶対に欲しいと思っていたので頑張りました。是非矢印を有効(パスを右クリックしてSet→End Marker→Arrow)にした上でstroke色を変えてみてください。矢印の色も一緒に変わるのは決して当たり前なことでは無いんです。それが証拠に線を半透明にするとボロが出ます(笑)。(SVG2ではfill="context-stroke"という指定が出来るようになって多少やりやすくなりますがlibrsvgでは最近対応したばかりでまだ手元のEmacsでは使えません。librsvgでの対応が待たれる事項は他にも沢山あります)

パスの操作はいちいち場合分けが大変で苦労しました。SVGのパスデータ(path要素のd=属性)にはやっかいなところがいくつかあって(本文末尾参照)、アンカーポイントの削除、追加、パスの分割、連結、ハンドルのあれやこれやを実装する際に悩みの種となりました。SVG仕様の細かいところまで対応する必要は無かったのかもしれませんが、将来的にどんなデータを扱うのか分かりませんので。例えば今のところ複数のサブパス(一つのd=の中に複数のパスが存在するケース)は扱えないのですが、将来的には対応したいところです。でないとドーナツ型が作れませんし()。いや、まぁ、やってやれないことも無いんですけどね……(←U字になってる)。

その後も先日紹介したカラーピッカー、プロパティエディタ、コピー＆ペースト、複数選択、UNDO/REDO等々少しずつ実装していきました。前回の囲碁エディタのようにもう少し短期間で切りの良いところまでいけると思ったのですが、一つ一つの改良とテストに思っていたよりも時間がかかってしまいました。

図3: プロパティエディタの改良でマウス移動イベントが文字単位でしか発生しない事を知る

org-modeとの連携とリンク形式、インライン画像表示、編集、エクスポート

一通り作図が出来るエディタが出来たらorg-modeとの連携部分も作らねばなりません。前回の囲碁エディタは #+begin_igo ～ #+end_igo というスペシャルブロックを使いましたが、今回は [[edraw:]] という独自のリンクタイプを追加することにしました。ブロックだと行の中に図を挿入できないからです。もちろんorg-modeで画像を挿入する通常の方法がリンクなのでそれにならったというのもあります。

現在サポートしているリンクの形式は次の通りです。

[[edraw:file=./example.edraw.svg]]

[[edraw:data=<base64data>]

[[*Example][edraw:file=./example.edraw.svg]]

[[*Example][edraw:data=<base64data>]]

ファイルへ(.edraw.svg)へのリンクの他、base64によるデータ埋め込みにも対応しています。外部ファイルが必須となると途端にお手軽さが減ってしまいます。一つの文書ファイルで完結していた方が取り扱いが楽なのは間違いありません。幸いSVGはXMLなのでラスター画像よりは大きくありませんし、それをさらにgzip圧縮してからbase64エンコードしています。

外部ファイルの場合、拡張子は.edraw.svgを推奨しています。Emacs Easy Drawが扱えるのは独自のルールに従ったSVGのサブセットのみです。他のソフトが出力したSVGを編集できるわけではありませんが、Emacs Easy Drawが出力したSVGをブラウザなど他のソフトで表示することは可能です。

通常のリンク形式(file, http, https)を拡張することも考えたのですがData URI対応の経験から既存の処理と混ざると非常に面倒だと思ったのでひとまず完全に独自のリンクタイプとしました。gzipで圧縮したSVGはブラウザで直接表示できないので、どのみちエクスポート時には独自の変換処理が必要になります。将来的には.edarw.svgファイルへの通常リンク(例: [[file:./example.edraw.svg]] )を直接編集できるようにすることも考えています。ただ、データをorgファイル内に埋め込みたいと思うならやはり独自形式の方が都合が良いと思います。

これらのリンクは edraw-org-link-image-mode というマイナーモードによってバッファ内にインライン表示できます。org-modeの org-toggle-inline-images に相当しますが、こちらはマッチする形式は即画像で表示します(私は通常の画像リンクも即更新するように修正して使っているのでそのやり方を踏襲しました)。

リンクまたはインライン表示された画像上で C-c C-o を押すとエディタが開きます。編集の後 C-c C-c (またはメニューからFinish Edit)で編集したSVGデータをバッファ内(ファイルリンクの場合は指しているファイル)に書き戻します。

もちろんEmacsの中で表示・編集できるだけでなく、HTMLエクスポートの際にはimgまたはsvgタグとして出力できます。以下は実際にEmacs Easy Drawで描いた図です。このブログはOrg2blogで書かれているので、手元のorg文書に埋め込まれている図がそのまま皆様の目の前に現れています。

図4: Emacs Easy Drawで描いた図をSVGとしてエクスポートした例(ブラウザで文字が選択出来る)

Pathツールの使い方

PhotoshopやIllustrator等でおなじみのPathツール(ペンツール)ですが、知らない人は最初戸惑うかもしれません。なので使い方を示すアニメーションを作ってみました。

単にクリックするとその場所に点(アンカーポイント)を追加します。次々にクリックするとアンカーポイント間が直線で結ばれます。

マウスボタンを押し下げてからそのままドラッグすると曲線の制御点(ハンドル)を動かすモードになります。押した点から伸ばした方向に向かう滑らかな曲線が出来ます。

一つのアンカーポイントからは二つのハンドルが伸びています。それぞれ前の区間と後ろの区間に対する制御点なのですが、この二つがアンカーポイントを挟んで互いに180度反対側にあると(要するに三つの点が一つの直線上にあると)、そのアンカーポイントを通る線は尖った部分が無く完全に滑らかになります(その直線を接線とした曲線になります)。

図6: アンカーポイントとハンドル

もしアンカーポイントを選択してもハンドルが二つ現れない場合は、アンカーポイントを右クリックして「Make Smooth」を選んでください。ちょうど良さそうな点を計算してそこに二つのハンドルを置きます。

逆にハンドルを消したい場合は「Make Corner」を選んでください。滑らかさが消えて完全に尖った形(折れ線)になります。

片側のハンドルだけを単独で動かしたい場合は、一つのハンドルをクリックして選択状態にしてください。そのハンドルだけ単独で動くようになります。(PhotoshopやIllustratorの「切り替えツール」は今のところありません)

ちなみに選択中のハンドルやアンカー(もちろんシェイプも)は矢印キーで移動できます。S-矢印キーで10ピクセル単位、M-矢印キーで数値入力で移動します。細かい調整の際には重宝します。

現在のパスを終了して新しいパスを開始したいときは再度Pathツールを選択してください。ツールバーのボタンを押すかaキーを押すとPathツールが初期状態から始まり、次のクリックでは新しいパスシェイプと最初のアンカーポイントが作成されます。

このとき(Pathツールを選択した直後)、現在選択中のパスの端点(一番端っこのアンカーポイント)をクリックすると、そのアンカーポイントからパスを伸ばす(再開する)ことが出来ます。

パスを伸ばしているときに既存のパスの端点をクリックすると、現在のパスをその端点を持つパスと連結します。

クリックで既存のアンカーと繋げたくない場合は、 C-u + クリック で確実に新しいアンカーポイントを追加できます。

操作方法の問題点について

他にも操作には色々注意点がありますが、とりあえず運用でカバーしつつ実用的な図がかけるところまでは出来たのではないかと思います。

完全に私の好みに合わせて作っているので他の方には使いづらい所もあるかとは思いますが、その辺りはご了承ください。

うまく自分の好みに合わせられず使いづらいところもありますが、その辺りは自分の実力が足りないのが悪いのだと諦められるので納得しやすいところではあります(笑)。

細かいところの改善は限りが無く時間は有限なので手を付けていないところも沢山あります。

無限の改善点の狭間で

まだまだ改善点は尽きません。思いついた物はtodo.orgに書き留めています。

一時期は一つ直していくそばから沢山の修正点が見つかる状況でしたが、それも少し落ち着いてきました。

図7: 一つ修正すると修正点が増えている図

この手のツールは作っていけば行くほど次第に労多くして功少なしな事項ばかりが残っていくのが常です。

本当に切りがないので、このあたりでひとまず開発のペースを緩めようと思います。元々UNDOを実装するところまでは一気に作ろうと思っていてそれが出来たので。それに秋山の紅葉が私を呼んでいますので。

SVGは本当に表現力があって色々出来るので皆さんもEmacsに足りない要素をどんどん追加していきましょう。

おまけ:SVGパスデータの構造についての図

以下はSVG path要素のd属性について説明するためにEmacs Easy Drawで描いた図です。

pathは <path d="M10,10L30,10C40,20 40,80 30,100" stroke="red" /> のような記述で自由に線を引くための要素ですが、そのd属性(パスデータ)の編集にはいくつか注意点があるのでそれについて描いたものです。

基本的な構造(M, L, Cコマンド):

Zコマンドでパスを閉じると始点と終点が切れ目のない繋がった形状になる(単に始点へ線を引くのとは幅の広い線において色々違いが出てくる)。最後の点と始点の間は直線で結ばれる。

曲線で閉じるにはMと同一点までCで閉じ線を引かないといけない(その上でZが必要)。その場合MとCの点は一つのアンカーポイントとして同一視して処理しなければならない(Mを動かしたらCも一緒に動かしたり、Mの前の点を求めるときはCをスキップする等)。

一つのパスデータには複数(0以上)のサブパスを含めることができる。

直後にMコマンドが無いZコマンドはMの位置を開始点にした新しいサブパスを作る。

従って、一つのMコマンドが表す点は複数のサブパスで共有される場合がある。このMの点を削除したり分割したりする場合は注意が必要になる。

最後のアンカーポイントの前方ハンドルを記録するため、 -forward-handle-point という独自の拡張コマンドを追加している。当然これはSVG出力時には削除される。

(あー、矢印の色が……。複数の図を一つのHTMLに出力した(埋め込んだ)ときにマーカーIDが重複する問題に気がついてしまった……。修正するならエクスポート時にマーカーIDに図のIDを付け加えるとかかなぁ)

2021-09-11 Emacs

The Emacs Widget Libraryのプッシュボタンを連打できない問題を解決する

プッシュボタンが連打できなくて修正しようとしたらドハマリして時間を大量に無駄にしたのでメモ。

Widgetライブラリのpush-buttonを連打しようとするとダブルクリックやトリプルクリックと判定されてボタンが押せなくなります。そしてなぜか範囲選択が始まったりします。「+」「-」とか「Previous」「Next」等をプッシュボタンにすると連打できないのはとても気になるので何とかしました。

次のコードは何とかしたカウンターアプリケーションの例です。 M-x my-count で単純なカウンターが動きます。

(require 'widget)

;; ダブルクリック、トリプルクリックに対応した `widget-button-click' の代わりです。
(defun my-widget-button-click (event)
  (interactive "e")
  ;; Add double and triple click support to widget-button-release-event-p
  (cl-letf (((symbol-function 'widget-button-release-event-p)
             'my-widget-button-release-event-p))
    (widget-button-click event)))

;; ダブルクリック、トリプルクリックに対応した `my-widget-button-release-event-p' の代わりです。
(defun my-widget-button-release-event-p (event)
  (and (eventp event)
       (memq (event-basic-type event) '(mouse-1 mouse-2 mouse-3))
       (or (and (or (memq 'double (event-modifiers event)) ;;double click
                    (memq 'triple (event-modifiers event))) ;;triple click
                (null (memq 'down (event-modifiers event))))
           (memq 'click (event-modifiers event))
           (memq 'drag (event-modifiers event)))))

(defvar my-push-button-map
  (let ((km (make-sparse-keymap)))
    (define-key km [drag-mouse-1] 'ignore)
    (define-key km [double-down-mouse-1] 'my-widget-button-click)
    (define-key km [triple-down-mouse-1] 'my-widget-button-click)
    km))


(defvar-local my-number-widget nil)
(defun my-increase (delta)
  (widget-value-set
   my-number-widget
   (+ (widget-value my-number-widget) delta)))
(defun my-inc (&rest _) (my-increase 1))
(defun my-dec (&rest _) (my-increase -1))

(defun my-counter ()
  (interactive)
  (pop-to-buffer "*my counter*")
  (kill-all-local-variables)
  (let ((inhibit-read-only t))
    (erase-buffer))
  (remove-overlays)
  (setq-local my-number-widget
              (widget-create 'number
                             :size 10
                             :value 0))
  (widget-insert " ")
  (widget-create 'push-button
                 :notify 'my-dec
                 :keymap my-push-button-map ;;support double and triple down
                 "Decrement")
  (widget-insert " ")
  (widget-create 'push-button
                 :notify 'my-inc
                 :keymap my-push-button-map ;;support double and triple down
                 "Increment")
  (widget-insert "\n")
  (use-local-map widget-keymap)
  (widget-setup)
  (widget-forward 1))

問題の原因は次の二点にありました。

ダブル、トリプルクリックのキーマップが割り当てられていないこと
マウスのボタンが離されたことを判定する関数がダブル、トリプルクリックに対応していないこと

プッシュボタンの処理はローカルマップのdown-mouse-1に割り当てられたwidget-button-click関数によって行われています。その中では押された位置のボタンを割り出して、ボタンが離されるまで追跡し、ボタンに関連付けられたアクションを実行します。途中でキャンセルされたらグローバルマップのマウスイベントに割り当てられたコマンドを実行します。

ローカルマップのdouble-down-mouse-1とtriple-down-mouse-1にwidget-button-clickが割り当てられていないのが問題なのだと思い割り当てたのですが変わりませんでした。

widget-button-click関数の中ではwidget-button-release-event-pという関数を呼んでいてイベントがマウスボタンを離したものかを判定しています。そこがclickとdragのみを考慮していてdoubleやtripleを考慮していません。なのでボタンを離しても離されていないものとしてずっと追跡を続けてしまっていました。

上の例ではcl-letfを使用してダブルクリック、トリプルクリックが発生したときだけwidget-button-release-event-pの中身を入れ替えることで対処しています。従ってwidgetライブラリ内の構造が変わると動かなくなるかもしれません。

以上ですが、誰得情報なんだこれ。

2021-09-06 Emacs

Emacs用のSVG実装のカラーピッカー

先日からEmacsの中で動く作図ツールを作っています。

https://github.com/misohena/el-easydraw

その一環として今日はカラーピッカーを作りました。この手のソフトには必ずあるアレです。

Emacs上での先行事例はいくつかあるようでしたがSVGでの実装は見当たりませんでしたし、まぁ、自分で作りたいじゃないですか。こういうの作るの楽しいですし。

というわけで出来たのがこちら。

https://github.com/misohena/el-easydraw/blob/master/edraw-color-picker.el

一応ライブラリとして他で使い回すことを考えています。

応用としてとりあえず作ったコマンドがいくつか。

edraw-color-picker-read-colorはread-colorの代わりを意識して作った色入力コマンドです。ミニバッファ内にカラーピッカーを配置してみました。文字からでもカラーピッカーからでも色を選択できます。

edraw-color-picker-insert-colorは選択した色をそのままバッファに挿入するコマンドです。またedraw-color-picker-replace-color-at-pointは現在のポイントの位置にある色表記を読み取ってカラーピッカーで選択した色に置き換えるコマンドです。これらはバッファ内にインラインでカラーピッカーが表示されます。

SVGは本当に簡単でこういう絵を出すのはサクッとすぐに出来ます。いや、本当は少し調査が必要だったのが二点。meshGradientの対応状況と色相バーの仕様です。こういう二次元のグラデーションで連想するのがメッシュ状の図形(いわゆるポリゴンの組み合わせ)で頂点に色を設定する仕組みです。3Dグラフィックスではおなじみですよね。SVGにも似たような仕組みがあったようなと調べてみたのですが、残念ながらEmacs(というかlibrsvg)では対応していないようですね(そもそもmeshGradient自体がSVG2から先送りされてたんですね)。幸い二枚のグラデーションを重ねれば良いとすぐに気がつけました。もう一点の色相バーですが、これ6色(赤、黄、緑、水、青、紫)を均等に並べて線形補間すればいいだけみたいですね。というわけでそれさえ分かればこういうカラーピッカーの絵自体はすぐに作れました。

画像内の各パーツは「領域」というオブジェクトで構成されています。指定に基づいて「領域」をレイアウト処理することで、いくらか柔軟に構成要素を増やしたり減らしたりできるようになっています。

領域にマウスイベントを配信(ディスパッチ)する仕組みを作り、それに反応して各部が動くようにしていきます。マウスイベントを受けて関連付けられた値が変わり、値の変更が通知されて表示が変わります。

各領域で選択した場所から最終的な色を求める方法ですが、色相バー(1次元)→彩度明度領域(2次元)→不透明度バー(1次元)の順に処理していきます。色相バーで選んだ色が彩度明度領域の右上の色になります。彩度明度領域は水平のグラデーション(左:白から右:色相選択色)の上に垂直グラデーション(上:透明黒から下:不透明黒)が重なっています。選んだ位置によって線形補間で水平、垂直の順で色を求めていきます。その色が今度は不透明度バーの上の色になって、最後に不透明度バーで選択した不透明度をその色に適用して完了です。仕組み自体はグラデーションの内容に依存していないので、色相、彩度、明度の軸を入れ替えても機能すると思いますし、1次元バーを緑、2次元領域を青と赤、などとしても大丈夫だと思います。(そのための切り替えUIを作るのが面倒くさかったのでやってませんが)

こうして出来たSVG画像はテキストプロパティまたはオーバーレイを使ってEmacs内に表示されます。というかEmacsではそれしか画像を表示する方法はありません(環境依存性の強い方法を除けば)。テキストプロパティでも良いのですが、オーバーレイの方がこういう用途では使いやすいでしょう。

オーバーレイにも画像を表示できる場所が三つあります。before-stringとdisplayとafter-stringです。displayはいいとして、before-stringとafter-stringですが、これはオーバーレイの前後に文字列を挿入するためのプロパティです。一見画像とは関係なさそうですが、この文字列にpropertize関数でdisplayテキストプロパティを適用するとオーバーレイの前後にさらに画像を表示することが可能になります。

これら色々ある表示方法を都合に合わせて選択できるように構造には柔軟性を持たせてあります。

先行事例を見てみると表示にフレームを使っているものがありました。普通のフレームを使っているものやchild frameという比較的最近のEmacsで使えるようになった仕組みを使っているものもありました。child frameを使うとフレーム内の好きな位置に重ねることが出来るのでポップアップで情報を出すパッケージで使われているようです。

とはいえフレームは扱いが難しく勉強が必要なので、とりあえずオーバーレイだけで出来る範囲で実装しています。

カラーピッカーはどこに表示すれば良いのでしょうか。だいたいポイント(やマウスカーソル)の近くですよね。ただ、ポイントの左や右にカラーピッカーのオーバーレイを挿入すると行が大きく膨らんで見づらくなってしまいますし、ウィンドウの左右からはみ出して見えなくなってしまうこともあります。となれば上の行か下の行に表示してはどうでしょう。上の行や下の行に適切な表示カラムが無いならどうすればいいでしょうか。幸いオーバーレイは行を新たに作ることが出来ます。before-string、display、after-stringの各プロパティにはそれぞれ文字列が指定できますが、いずれでも"\n"を入れることで改行が出来ます。例えば現在ポイントが20カラム目にあるとして、その真下付近に画像を表示するには、行末の改行文字にオーバーレイをかけて、before-stringを "\n " (←空白20個 - 画像の幅/2くらい)、displayに画像、after-stringに "\n" を指定してやればOKです。水平スクロールしている可能性があるのでwindow-hscrollの値を考慮するのを忘れずに。

また、ミニバッファに色を入力するようなシチュエーションでは画面の下の方にカラーピッカーを表示して欲しいです。いや、いっそのことミニバッファ内にカラーピッカーを入れたらどうでしょう。ここでもオーバーレイに改行させれば上をカラーピッカー、下を入力欄とすることが出来ます。ただし一つ注意点が。バッファの先頭にオーバーレイを入れたいわけですが、先頭の1文字にかけるとbefore-stringに画像を設定しなければならずその後に改行が入れられません。displayで改行すると1文字目が(改行に置き換わって)表示されなくなってしまいますし、after-stringで改行すると1文字目の後で改行されてしまいます。なので先頭の空の範囲((point-min)から(point-min)まで)にオーバーレイを設定します。注意点が二つ。evaporateプロパティがtだと空の範囲になった段階でオーバーレイが消えてしまいます。なのでevaporateは使わずちゃんとオーバーレイを管理する必要があります。もう一点は空の範囲のオーバーレイではdisplayプロパティが機能しないということ。before-stringとafter-stringは表示されるのですが、なぜかdisplayプロパティは空の範囲だと表示されません。なのでbefore-stringに画像を、after-stringに"\n"を指定することになります。(2021-09-07追記:よく考えたらbefore-stringの中で文字列の一部にだけdisplayプロパティをかけて、残りで改行すれば済むような気もします。未確認ですが、多分動くのではないかと)

他にもEmacsの色名とWeb(HTMLやCSS)の色名に対応するとか、色の表現形式とか、画像のスケーリングについてとか(上のスクリーンショット、ピッカーの大きさが違うのに気がつきましたか？)、色々書きたいことは山ほどありますが、この辺にしておきます。

(追記: Emacsのcss-modeやcustomize-face等でカラーピッカーを使う設定)