3.4 Technische Untersuchung von OpenLayers

3.4 Technische Untersuchung von OpenLayers

An dieser Stelle wird die Funktionsweise von OpenLayers genauer betrachtet. Diese Analyse dient zum besseren Verständnis der Anwendung und ist Voraussetzung für die nachfolgende Konzeptplanung und Realisierung.

3.4.1 Allgemein

OpenLayers ist eine reine JavaScript-API zum Erstellen von WebMapping-Anwendungen und bietet Unterstützung zum Anzeigen zahlreicher (standardisierter) Formate (OGC WMS, OGC WFS, GeoRSS, ka-Map, WorldWind u. v. m.), die als Ebenen in OpenLayers eingebunden werden.

Darüber hinaus bietet OpenLayers ein Verschieben und Zoomen von Karten, clientseitiges Tiling, Markers, »Popup-Blasen«, verschiedene anpassbare Steuerelemente, Tastatursteuerungsbefehle, einen robusten Event-Handling-Mechanismus u. a. m. Jeder Teil von OpenLayers ist konfigurierbar [OpenLayers d].

Ein Python/Shell-basiertes Skript ermöglicht das automatische Bauen einer lite-Version von OpenLayers, wodurch nur gewünschten Klassen in eine einzige JavaScript-Datei integriert werden können [OpenLayers a]. Dies ist das Ergebnis einer Diskussion auf der FOSS4G-Konferenz im September 2006, wonach eine solche Lösung unter dem Namen webmap.js gefordert wurde [OSGeo 2006a][OSGeo 2006b].

Die Zielgruppe von OpenLayers sind alle Anwender oder Entwickler, die eine Karte im Internet darstellen oder eine kartenbasierte Internetanwendung aufbauen möchten [OpenLayers d].

Geschichte

Die Veröffentlichung von Google Maps im Februar 2005 bewirkte große Aufmerksamkeit. Aufgrund zahlreicher reverse engineerings des Google Maps Codes (u. a. von Phil Lindsay²⁵) antwortete Google kurz darauf, im Juni 2005, mit einer ersten Google Maps API²⁶. Es fehlte jedoch die Möglichkeit, diese kommerziell einzusetzen [Ramsey 2006][OpenLayers f].

Das US-Unternehmen MetaCarta nahm sich dieses Mangels an und entwickelte, unter der Mitwirkung von Phil Lindsay, einen ersten Prototypen des späteren OpenLayers, der auf der Where 2.0 Konferenz Ende Juni 2005 in San Francisco präsentiert wurde²⁷. Ein Jahr später, kurz nach der Where 2.0 im Juni 2006 in San Jose, veröffentlichte das Team um die Hauptentwickler Schuyler Erle, Christopher Schmidt und Erik Uzureau am 5. Juli 2006 die erste offizielle Version (1.0) von OpenLayers. Im August 2006 erschien das Projekt bereits unter der Versionsnummer 2.0 [OpenLayers d][OpenLayers f].

Aktuell befindet sich OpenLayers im Inkubationsprozess der Open Source Geospatial Foundation (OSGeo), mit dem Ziel, im Sommer 2007 als Softwareprojekt in diese unabhängige Organisation aufgenommen zu werden. Parallel laufen ernsthafte Bestrebungen, Kern- funktionalitäten von OpenLayers in andere Freie WebMapping-Anwendungen zu integrieren [OpenLayers d] - aktuelle Diskussionen werden derzeit bei ka-Map²⁸^,²⁹, Mapbuilder³⁰ und Mapbender³¹ geführt.

3.4.2 Klassenübersicht

Die OpenLayers-API gliedert sich durch die objektorientierte Programmierweise in eine Vielzahl von Klassen. Die wichtigsten werden nachfolgend kurz beschrieben. Auf die restlichen Klassen soll hier nicht weiter eingegangen werden, da sie für das grundlegende Verständnis der API nicht von Bedeutung sind. Für detailliertere Informationen wird auf die JSDoc-Dokumentation³² verwiesen. Ein vollständiges Klassendiagramm von OpenLayers (Version 2.4 RC5; Stand: 25.5.2007) befindet sich im Anhang 6.3.

OpenLayers.Map

ist die zentrale Klasse der OpenLayers-API. Sie erstellt die Hauptkarte der Anwendung und stellt zahlreiche Methoden zum Verwalten der Kartenanzeige zur Verfügung. Dazu zählen u. a. das Darstellen von Ebenen und Bedienelementen, das Verändern der Zoomstufen und das Verschieben der Karte. Zusätzlich ermöglicht die Klasse, über zahlreiche get-Methoden, den aktuellen Kartenstatus abzufragen.

OpenLayers.Layer:

Die Ebenen repräsentieren den wichtigsten Bestandteil von OpenLayers. Alle Kartendarstellungen basieren auf der Layer-Klasse. Layer.js erzeugt einzelne Ebenen, setzt deren Sichtbarkeit und Auflösung und stellt grundlegende get-Methoden zur Verfügung.
OpenLayers.Layer dient als Basisklasse für eine Vielzahl von speziellen Unterklassen. In der OpenLayers-Version 2.4 RC5 werden folgende Ebenentypen unterstützt: Freie kachelbasierte Ebenen (WMS, MapServer, KaMap, TMS, WorldWind), Freie ungekachelte Ebenen (WMSUntiled, MapServerUntiled), Ebenen von proprietären Drittanbietern (Google, VirtualEarth, Yahoo, MultiMap) sowie die Ebenen Image (zum Darstellen einer Rastergrafik) und Canvas (zum Zeichnen von farbigen Linien, nur Overlay-Darstellung möglich). Nachfolgend werden vier Ebenenklassen genauer beschrieben: OpenLayers.Layer.Grid
Abgeleitet von der HTTPRequest-Klasse steht Grid als eine wichtige Basisklasse für die o. g. Freien kachelbasierten Ebenen zur Verfügung. Grid.js unterteilt die Ebenen in Kacheln, verwaltet diese in einem Array und lädt sie in spiralförmiger Reihenfolge, beginnend in der Mitte. OpenLayers.Layer.WMS
Als Unterklasse von Grid bekommt WMS die URL des WMS-Servers übermittelt und ist zuständig für die Generierung der einzelnen Kachel-WMS-URLs anhand der gewünschten Kachelbegrenzung (bounds). OpenLayers.Layer.WMS.Untiled
Die Untiled-Klasse bildet den gesamten Kartenausschnitt in einer WMS-Kachel-URL ab. Zu beachten ist dabei die von vielen WMS-Servern in der Regel vordefinierte maximale Kachelgröße von 2048 Pixeln; fordert OpenLayers einen größeren Kartenausschnitt an, gibt der WMS-Server eine Fehlermeldung zurück und die Karte bleibt leer. OpenLayers.Layer.Image
Abgeleitet von Layer erlaubt die Image-Klasse das Darstellen einer einzelnen Bitmap-Grafik als Kartenebene. Gefordert sind neben der URL der Grafik die Pixelgröße sowie die geografische Ausdehnung des zu verwendenden Bildes.

OpenLayers.Control:

Bedienelemente in OpenLayers sind Elemente zur Kartennavigation sowie zur Darstellung von Karteninformationen (z. B. Maßstab). Die Control-Klasse dient als Basisklasse für alle Bedienelemente. Nachfolgend eine Auswahl: OpenLayers.Control.PanZoom
erstellt eine Pan-Zoom-Navigation mit einem Pan-Steuerkreuz (4 Pfeil-Buttons) sowie jeweils einem ZoomIn-, ZoomOut- und ZoomReset-Button. Der slideFactor-Parameter definiert die Anzahl der Pixel, um die die Karte beim Benutzen der Pan-Steuerbuttons verschoben wird. OpenLayers.Control.PanZoomBar
erstellt eine Pan-Zoom-Navigationsleiste mit einem Pan-Steuerkreuz sowie einer Zoombar mit einem Zoomslider und jeweils einem ZoomIn- und ZoomOut-Button an den Enden der Leiste (vgl. Abb. 2.3.4).
Die Zoombar ist für die Entwicklung des animated zooming Features wesentlich. Aus diesem Grund wird ihre Funktionsweise hier im Detail erläutert.
Der Nutzer hat drei Möglichkeiten die Zoombar zu benutzen:

Mausklick auf den + oder - Button am jeweiligen Ende der Zoombar.
Damit vergrößert bzw. verkleinert sich der Kartenausschnitt sprunghaft um jeweils eine Zoomstufe.
Mausklick auf eine beliebige Stelle der Zoombar.
Der Slider bewegt sich zur nächstliegenden vordefinierten Zoomstufe. Der Kartenausschnitt aktualisiert sich sprunghaft auf die entsprechende Zoomstufe.
Mittels Drag&Drop den Zoomslider stufenlos über die Zoombar bewegen.
Sobald der Nutzer die gedrückte linke Maustaste loslässt, rastet der Slider auf der nächstliegenden vordefinierten Zoomstufe ein. Der Kartenausschnitt aktualisiert sich sprunghaft auf die entsprechende Zoomstufe.

OpenLayers.Control.OverviewMap
stellt eine kleine Übersichtskarte dar (vgl. Abb. 2.3.4). Sie zeigt den aktuellen Kartenausschnitt der Hauptkarte und dient als Positions- und Navigationshilfe für den Anwender. Die Übersichtskarte liegt standardmäßig im Bereich der unteren rechten Ecke der Karte und lässt sich durch einen Button am Kartenrand minimieren. Die Klasse stellt u. a. Funktionen zum Abfragen und Setzen des Markierungsrahmens bereit, der mittels definierter Maus-Events verschoben werden kann. OpenLayers.Control.KeyboardDefaults
definiert auf welche Tastaturbefehle wie reagiert werden soll. OpenLayers.Control.MouseDefaults
definiert das Verhalten der Karte bei Maus-Events. Dazu gehören Klick-, Doppelklick-, Mausrad- und Mausbewegungs-Events.

OpenLayers.Tile:

Wird eine Karte in Kacheln unterteilt, ist jede Kachel durch ein Tile-Objekt definiert. Zu deren Erzeugung muss die zugehörige Ebene, die Pixelposition, die geografische Kachelausdehnung, die URL und die Pixelgröße der Kachel angegeben werden. Die Standardkachelgröße beträgt 256 Pixel. Über eine Option beim Initialisieren der Karte lässt sich diese Größe ändern. OpenLayers.Tile.Image
Abgeleitet von der Tile-Klasse hält das Tile.Image-Objekt die eigentliche Kachelgrafik vor und legt beim Zeichnen der Karte ein img-Div-HTML-Element für jede Kachel an.

OpenLayers.Events

übernimmt das Event-Handling von OpenLayers.

OpenLayers.Pixel

repräsentiert ein Bildschirmkoordinatenpaar in x- und y-Pixelwerten.

OpenLayers.Size

repräsentiert ein Pixelgrößenwertepaar in Breite und Höhe.

OpenLayers.LonLat

repräsentiert ein geografisches Koordinatenpaar in geografischer Länge (longitude) und Breite (latitude).

OpenLayers.Bounds

repräsentiert einen rechteckigen Bereich (bounding box), dessen vier Grenzen (links, unten, rechts, oben) mit geografischen Koordinaten im float-Format angegeben werden. Die Bounds-Klasse stellt verschiedene get-Funktionen (z. B. Mittelpunkt und Pixelausdehung der bounding box) und Vergleichsfunktionen (z. B. ob sich ein Pixel innerhalb der definierten bounding box befindet) bereit.

OpenLayers.Util

beinhaltet unterschiedliche Funktionen und Einstellungen, die keiner anderen Klasse von OpenLayers zuzuordnen sind.

3.4.3 Komponententests

OpenLayers benutzt das Test.AnotherWay³³ Framework für Komponententests (engl. unit tests). In der Version 2.4 RC5 (vom 25.5.2007) stellt OpenLayers knapp 1500 Unittests bereit, die sich über ein zentrales Webinterface³⁴ steuern lassen. Das Framework bietet die Möglichkeit, HTML- und JavaScript-Quellcode zu testen und die Ergebnisse anzuzeigen. Jede HTML-Testseite enthält eine oder mehrere JavaScript-Testfunktionen, die mit test_ beginnen und ein Testobjekt t als Übergabeparameter definieren müssen [Test.AnotherWay][OpenLayers g].

Listing: Eine einfache Beispieltestseite mit einer Testfunktion

<html>
<head>
    <script src = "../lib/OpenLayers.js"></script>
    <script type = "text/javascript">  
        function test_Map_Zoom(t) 
            t.plan(1);
            var map = new OpenLayers.Map("map");
            var layer = new OpenLayers.Layer.WMS("ABC", 
                                                 "http://example.com/123", 
                                                 'layers':'test');
            map.addLayer(layer);
            map.zoomTo(0);
            t.eq(map.zoom, 0, "Map zoomed to level 0 correctly.");
        
    </script>
</head>
<body>
    <div id="map" style="width: 512px; height: 512px;"/>
</body>
</html>

Listing 3.4.3 zeigt eine Beispieltestseite, wie sie für einen einfachen Test einer OpenLayers-Funktion eingesetzt werden kann. In Zeile 6 definiert die Testfunktion die Anzahl der geplanten Tests (hier: einer), von denen erwartet wird, dass sie erfolgreich durchlaufen werden. Stimmt die Anzahl nicht mit der tatsächlichen Anzahl von Tests überein, schlägt die ganze Testfunktion fehl. Die Zeilen 7 bis 12 erzeugen eine Karte mit einer WMS-Ebene und setzen die Zoomstufe auf 0. Zeile 13 testet die Aussage, dass sich die Karte tatsächlich in der Zoomstufe 0 befindet.

Das Test-Framework stellt fünf Testmethoden zur Verfügung, um selbstdefinierte Aussagen (engl. assertions) zu testen:

t.ok(boolean, "String for output")
Der Test ist erfolgreich, wenn die Aussage boolean wahr ist.
t.eq(value1, value2, "String for output")
Der Test ist erfolgreich, wenn value1 dem erwarteten Wert value2 entspricht.
t.like(string, regEx, "String for output")
Der Test ist erfolgreich, wenn string dem regulären Ausdruck regEx entspricht.
t.html_eq(HTML1, HTML2, "String for output")
Der Test ist erfolgreich, wenn HTML1 dem erwarteten Wert HTML2 entspricht; jeder HTML-Wert kann als DOM Element oder HTML-String angegeben werden.
t.fail("String for output")
Für explizites Fehlschlagenlassen eines Tests; erwartet nur Ausgabestring.

Beispiele und weiterführende Informationen zur Funktionsweise des Frameworks sind in der Dokumentation [Test.AnotherWay] zu finden.

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