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E-Book

Spiele effektiv programmieren mit VB.net und DirectX

AutorAndreas Rohde, Uwe Kettermann
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl545 Seiten
ISBN9783540271116
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis22,99 EUR
Bevor Sie in die aufregende Welt der Programmierung einsteigen, müssen Sie sich für eine Programmiersprache entscheiden. In der klassischen Sichtweise werden Programmiersprachen in Compiler- und Interpret- sprachen unterschieden. Mit den neuen .NET-Sprachen ändert sich das. Hier wird ein vorkompilierter Sourcecode erstellt, welche dann per Mic- soft Framework interpretiert und final kompiliert wird. Die wesentliche Vorteile dieser Handhabung liegen auf der Hand. Eine außergewöhnlich hohe Performance sowie eine plattformunabhängige Kompatibilität sind die Merkmale dieses Konzepts. VB.NET ist der Nachfolger von Visual Basic 6. Visual Basic ist vor allem durch die leichte Syntax sowie einer benutzerfreundlichen Entwicklun- umgebung bekannt geworden. Die Einfachheit dieser Sprache forderte aber einen hohen Preis. Visual Basic-Programme waren langsam und in Ihrer Funktionalität eingeschränkt. Dies änderte sich bereits mit der Version 5 und wurde in der Version 6 nochmals verbessert. Die perfekte Symbiose zwischen Leichtigkeit und Leistungsfähigkeit wird aber mit VB.NET - zielt. Neben den Vorzügen, welche VB.NET für die Entwicklung von Office- plikationen bietet, fordern wir aber mehr. Wir wollen DirectX beherrschen. Wir müssen uns die Frage stellen: Ist VB.NET zur Programmierung mit DirectX geeignet? Die Antwort lautet: JA! VB.NET bietet zum einen die notwendige Performance und zum anderen eine ideale Integration von Managed DirectX. Managed DirectX ist speziell auf die neuen Progr- miersprachen C# und VB.NET zugeschnitten. Diese Programmiersprachen sind feste Bestandteile der Microsoft Visual Studio.NET-Philosophie und werden kontinuierlich gefördert und weiterentwickelt.

Zum beruflichen Werdegang von Herrn Uwe Kettermann:

1989 - 1997 Programmierer bei Berlet 1997 - 2000 Selbstständiger Programmierer bei SK-Software (Schnittstellen-Programmierung MX-512, Visualisierungssoftware, Lichtsteuerung für Discotheken und mobile Bands) Seit dem Jahr 2000 Software-Engineer bei der Firma Actebis / Peacock

Zum beruflichen Werdegang von Herrn Andreas Rohde:

Ausbildung zum Informationstechnischen Assistent 1995 - 2002 Leiter der Abteilung Software-Engineering bei Actebis / Peacock Seit dem Jahr 2002 Software-Engineer bei MAXDATA

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Leseprobe
2 Was ist VB.NET? (S. 3-4)

VB.NET ist eine Programmiersprache basierend auf dem Microsoft .NETFramework. Das Framework verbindet verschiedene Programmiersprachen. Programme werden zwar in den jeweiligen Programmierspachen geschrieben, diese werden aber in ein und dieselbe Common Language Runtime kompiliert. Dies ist geradezu ein revolutionäres Konzept, denn bis dato waren wir (die Progrmmierer) unterschiedliche Kompiler mit unterschiedlichen Ergebnissen gewohnt. So konstantierten sich Stärken und Schwächen der einzelnen Programmiersprachen und daraus resultierent schrieb man einer Programmiersprache einem bestimmten Aufgabenbereich zu. Der Aufgabenbereich von Viausl Basic (der Vorgängerversion von VB.NET) war die Datenbankprogrammierung im Officeumfeld. Hier lagen die Stärken dieser Programmierspachen. Mit den neuen Spachen von .NET sind die Grenzen gefallen.

Ein Kompiler für alle Sprachen offenbart die Leistungsfähigkeit aller angeschlossenen Programmierspachen. Nun ist es egal ob der Sourccode in C# oder VB.NET erstellt wird. Das Ergebnis ist ein zum Framework kompatibeles Programm mit identischen Leistungsmerkmalen. Für uns bedeutet dies: wir können mit einer relativ leicht verständlichen Syntax sowie einer übersichtlichen Programmierumgebung arbeiten und leistungsstarke Programme erstellen, welche einem Vergleich zu C# nicht scheuen müssen.


2.1 Unterschiede zu Visual Basic 6

Diese Erläuterungen werden nur für Leser mit VisualBasic6-Erfahrung von Interesse sein. Für Einsteiger werden die aufgelisteten Neuerungen noch keine Aussagekraft haben. Natürlich wird sich das mit wachsender Erfahrung ändern und dann werden Sie sicherlich einige der Neuerungen von VB.NET als selbstverständlich ansehen.

VB.NET ist der Nachfolger von Visual Basic 6. VB.NET ist aber auch Bestandteil von Visual Studio.N ET. Hier haben wir bereits einen Unterschied zu VB 6: Visual Basic 6 war nicht in das Visual Studio-Paket integriert. Zwar wurde VB gemeinsam mit dem Visual Studio-Paket ausgeliefert, aber sie verwendeten unterschiedliche IDEs. Integrated Development Environment (IDE) beschreibt die integrierte Entwicklungsumgebung von Visual Studio.NET.

Mit Visual Studio.NET wird ein C++-, C#- oder VB.NET- Programmierer mit der gleichen Entwicklungsumgebung arbeiten. Dies ist ein bedeutender Vorteil. So rücken Programmierer der unterschiedlichen Programmiersprachen enger zusammen und die Wahl, in welcher Programmiersprache das nächste Projekt verwirklicht wird, ist leichter zu treffen. 2.1.1 Rapid Application Development VB.NET unterstützt die schnelle Anwendungsentwicklung (RAD, Rapid Application Development) mit Projektvorlagen, Designern und anderen Features in der Visual Studio.NET-Entwicklungsumgebung.


2.1.2 Vererbung

Ein weiterer Fortschritt ist die Vererbung. Vererbung ist das Ableiten einer Klasse von einer anderen. Abgeleitete Klassen erben die Eigenschaften, Methoden und Ereignisse der Basisklasse und können diese erweitern. Abgeleitete Klassen können auch vererbte Methoden mit neuen Implementierungen überschreiben.

2.1.3 Ausnahmebehandlung

Außerdem wurde eine verbesserte Fehlerhandhabung (Ausnahmebehandlung) implementiert. Visual Basic verwendet eine erweiterte Version der Try-Catch-Finally-Syntax, die bereits von anderen Sprachen (z.B. von C++) unterstützt wurde. Die strukturierte Ausnahmebehandlung kombiniert eine moderne Kontrollstruktur (vergleichbar mit Select…Case oder While) mit Ausnahmen, geschützten Codeblöcken und Filtern.
Inhaltsverzeichnis
Danksagung6
Vorwort7
Inhaltsverzeichnis9
1 Die Buchstruktur20
2 Was ist VB.NET?22
2.1 Unterschiede zu Visual Basic 622
2.1.1 Rapid Application Development23
2.1.2 Vererbung23
2.1.3 Ausnahmebehandlung23
2.1.4 Überladung23
2.1.5 Overrides: Überschreiben von Methoden und Eigenschaften24
2.1.6 Konstruktoren und Destruktoren25
2.1.7 Datentypen25
2.1.8 Verweise26
2.1.9 Namespaces26
2.1.10 Assemblies26
2.1.11 Multithreading26
2.1.12 Common Language Runtime (CLR)26
2.1.13 Garbage Collection27
3 Die Entwicklungsumgebungen von VB.NET30
3.1 Das Visual Studio .NET32
3.1.1 Formdesigner34
3.1.2 Werkzeugfenster35
3.1.3 Eigenschaftenfenster35
3.1.4 Projektexplorer36
3.1.5 Pin-Nadel-Symbol36
3.2 SharpDevelop37
3.2.1 Code-Competion-Datenbank37
3.2.2 Der erste Start39
4 „Hello World“ das erste .NET-Programm42
4.1 Ein einfaches Programm mit einem einfachen Editor42
4.1.1 Der Sourcecode42
4.1.2 Der Compiler43
4.2 Ein Projekt im Visual Studio.NET44
5 Variablen48
5.1 Deklaration49
5.2 Datentypen und Konstanten49
5.2.1 Der richtige Datentyp51
5.2.2 Konstanten53
5.2.3 Strukturen56
5.3 Typensicherheit57
5.4 Ermitteln des Variablentyps60
6 Operatoren62
6.1 Arithmetische Operatoren62
6.2 Vergleichsoperatoren64
6.2.1 Mit dem Gleich-Operator Werte zuweisen!64
7 Verzweigungen66
7.1 Verzweigungen oder Entscheidungen?66
7.2 If-Then-Else-Anweisung66
7.2.1 Notationsunterschiede!69
7.2.2 Verschachtelungen oder ElseIf:ElseIf69
7.3 Select-Case-Anweisungen72
8 Schleifen76
8.1 For-Next-Schleife77
8.2 Do-Loop-Schleife78
8.2.1 Endlosschleifen81
8.3 While-End-While-Schleife81
8.4 For-Each-Schleife82
9 Arrays86
9.1 Statische Arrays86
9.2 Dynamische Arrays87
9.2.1 GetUpperBound88
9.3 Mehrdimensionale Arrays89
10 Funktionen und Subroutinen92
10.1 Subroutinen92
10.1.1 ByVal oder ByRef94
10.2 Funktionen94
10.2.1 Return95
10.2.2 Optionale Parameter96
10.3 Rekursives Programmieren97
11 Klassen100
11.1 Was ist eine Klasse?100
11.2 Nothing101
11.3 Felder102
11.4 Subroutinen und Funktionen103
11.5 Eigenschaften: Property105
11.5.1 Parameter in Properties106
11.5.2 Eingeschränkte Properties107
11.6 Enumerationen in Klassen108
11.7 Events109
11.8 Ein umfassendes Beispiel111
11.8.1 Erstellen der Klasse112
11.8.2 Klasse mit Daten füllen114
11.8.3 Daten aus der Klasse lesen114
11.9 Shared-Mitglieder115
11.10 Vererbung116
11.10.1 Overrides118
11.10.2 MyBase120
11.10.3 MustOverride und MustInherit121
12 Namespaces122
12.1 Namespaces ansprechen123
12.1.1 Imports123
13 Assemblies126
13.1 Arbeitsweise von Assemblies127
13.2 Shared Assembly127
14 Fehlerbehandlung128
14.1 Try-Catch-Finally-Anweisung128
14.1.1 Ausnahmebehandlung (Beispiel)129
14.2 OnError-GoTo-Befehl130
15 Was ist DirectX132
15.1 Die Säulen von DirectX132
15.2 Die Einsatzgebiete für DirectX134
16 DirectX-Grundlagen136
16.1 Das Koordinatensystem136
16.2 Primitives138
16.2.1 Primitives rendern140
16.2.2 Vorder- und Rückseite144
17 Mein erstes DirectX-Programm146
17.1 Ein Visual Studio .NET-Projekt erstellen146
17.2 Direct3D-Device erzeugen148
17.3 Rendern150
18 Mein erstes Objekt im 3D-Raum154
18.1 Vertexbuffer erstellen155
18.2 Vertexbuffer mit Objektdaten füllen156
18.3 Vertexbuffer rendern158
19 World-, View- und Projektionsmatrix160
19.1 Worldmatrix160
19.2 Viewmatrix161
19.3 Projektionsmatrix162
20 Device Enumeration164
20.1 DXSettings164
20.1.1 Display-Adapter167
20.1.2 Hardwarebeschleunigung (DeviceTyp)168
20.1.3 Videomodus169
20.1.4 Backbuffer-Format171
20.1.5 Z-Stencilbuffer-Format (Depth-Stencilbuffer-Format)173
20.1.6 Multisample-Typ174
20.1.7 Vertex-Processing176
20.2 DXSettings im praktischen Einsatz178
20.2.1 Preset-Struktur179
20.2.2 DXSettings initialisieren181
21 Matrizen184
21.1 Was ist eine Matrix184
21.1.1 Einheitsmatrix185
21.1.2 Addition185
21.1.3 Subtraktion185
21.1.4 Multiplikation186
21.1.5 Division186
21.1.6 Berechnen der invertierten Matrix M-187
21.2 Transformation188
21.2.1 Bewegt sich die Welt oder bewegt sich das Objekt?189
21.2.2 Translation (Bewegung, Positionsveränderung)189
21.2.3 Skalieren (Größenänderung)190
21.2.4 Rotation (Drehung)191
21.2.5 Grad vs Radiant193
21.2.6 Beispielprogramm für Matrizen194
22 Texturen200
22.1 Texturkoordinaten200
22.2 Kacheln einer Textur202
22.3 Das passende Vertexformat203
22.4 Größe einer Textur204
22.4.1 Auslesen der maximalen Texturbreite und Höhe205
22.5 Laden einer Textur205
22.6 Texturfilter207
22.6.1 MinFilter und MagFilter207
22.6.2 Nearest Point Sampling207
22.6.3 Linearer Texturfilter208
22.6.4 Anisotropic Filter (uneinheitlicher Filter)208
22.6.5 Bilineare und uneinheitliche Filterung209
22.6.6 Mipmaps209
22.7 Beispielprogramm für Texturen210
22.7.1 Ermitteln der maximalen Texturbreite und -höhe211
22.7.2 Erstellen des Vertexbuffers212
22.7.3 Erstellen und Laden einer Textur214
22.7.4 Rendern215
22.8 Multitexturing (Multi Texture Mapping)216
22.8.1 Mischparameter217
22.8.2 Multi-Pass-Technik vs. Single-Pass-Technik220
22.8.3 Texturkoordinaten, Vertexformat und Vertexbuffer221
22.8.4 Beispielprogramm für Multitexturing223
22.9 Alpha-Textur-Blending230
22.9.1 Texturfaktor230
23 Licht: Beleuchtung232
23.1 Licht und Material233
23.2 Direct3D.Lights233
23.3 Normalvektor234
23.3.1 Berechnung des Normalvektors236
23.4 Lichttypen237
23.4.1 Ambient-Light238
23.4.2 Point-Light239
23.4.3 Directional-Light240
23.4.4 Spot-Light241
23.4.5 Welcher Lichttyp ist der beste?243
23.5 Licht, Schatten und Polygone244
23.5.1 Flat-Shading244
23.5.2 Gouraud-Shading245
23.5.3 Phong-Shading246
23.6 Licht und Polygone246
23.7 Beispielprogramm für Licht und Polygone247
23.7.1 Erstellen der Flächen248
23.7.2 Erstellen der Lichter251
23.8 Beispielprogramm für Lichttypen253
23.8.1 Boden und Wände erstellen255
23.8.2 Lichtquellen initialisieren258
23.9 Licht und Mesh261
23.9.1 Beispielprogramm für Licht und Mesh262
24 Material264
24.1 Zusammenspiel zwischen Material und Licht264
24.1.1 Die Bestandteile des Materials265
24.1.2 Diffuse265
24.1.3 Ambient266
24.1.4 Specular266
24.1.5 Emissive266
24.2 Material initialisieren und aktivieren266
24.3 Beispielprogramm für Material267
25 Meshobjekte270
25.1 Erstellen eines Mesh–Objektes271
25.2 Laden eines Mesh-Objektes272
25.3 Darstellen eines Mesh-Objektes274
26 Animation des Mesh-Objektes Frame- Animation278
26.1 Prinzip der Frame-Animation279
26.2 Timing bei der Frame-Animation279
26.3 Mesh-Objekte: Tweening/Keyframe-Animation282
26.4 Keyframe-Bestimmung292
26.5 Keyframe-Interpolation293
26.6 Keyframe rendern297
27 Billboarding300
27.1 Was sind Billboards?300
27.2 Warum werden Billboards eingesetzt?301
27.2.1 Schlechtes Billboarding301
27.2.2 Gutes Billboarding301
27.3 Berechnungsmethoden302
27.4 Beispielprogramm für Billboarding303
27.4.1 Textureoberfläche erstellen304
27.4.2 Hauptspieleschleife erzeugen305
27.4.3 Rendern306
28 Wasser310
28.1 Technik zum Erstellen der Wasseroberfläche311
28.2 Aufbau der Wasseroberfläche (Gittergerüst)313
28.3 Wasseroberfläche erstellen (inkl. Wellen und Textur)314
28.4 Schwimmende Kisten integrieren316
28.5 Rendern Alpha-Blending317
29 Nebel320
29.1 Was kann Nebel?321
29.2 Berechnungsarten321
29.2.1 Linear Fog321
29.2.2 Exponential Fog322
29.3 VertexFog oder Pixel-Fog/Table-Fog323
29.3.1 Prüfung324
29.4 Die wahre Tiefe325
29.5 Renderstates326
29.6 Beispielprogramm für Nebel327
29.6.1 Erstellen der Straße328
29.6.2 Einbinden der Meshes (Bäume und Auto)329
29.6.3 Initialisierung des Nebels330
29.6.4 Rendern331
30 Partikeleffekte334
30.1 Partikelstruktur336
30.2 Zweidimensional vs. dreidimensional337
30.3 Partikelklasse339
30.4 Rendern342
30.5 GUI346
31 DirectSound: Modell348
31.1 DirectSound-DeviceInformation349
31.2 DirectSound-Device349
31.3 DirectSound-Buffer350
31.4 DirectSound-3DBuffer351
31.4.1 Ausrichtung des 3DBuffers352
31.5 DirectSound-3DListener353
31.5.1 Ausrichtung des 3DListeners353
31.6 DirectSound-CaptureBuffer353
32 2DSound-Demo356
33 3DSound-Demo364
34 AudioVideoPlayback372
34.1 Ein Wort zu DirectMusic372
34.2 AudioVideoPlayback generell372
34.3 Audio373
34.4 Video377
35 DirectInput380
35.1 Objekthierarchie380
35.2 Geräteauflistung381
35.2.1 Beispielprogramm382
35.2.2 Eingabegeräte ermitteln382
35.2.3 Objekte ermitteln384
35.3 Kooperationsebene386
35.4 Datenformat387
35.5 Daten empfangen387
35.6 Keyboard (Beispielprogramm)388
35.6.1 Sourcecode-Beispiel 1388
35.6.2 Sourcecode-Beispiel 2389
35.7 Maus393
35.7.1 Kooperationsebene anlegen und das Device erzeugen394
35.7.2 Daten abfragen395
35.8 Joystick396
35.8.1 Angeschlossene Joysticks ermitteln398
35.8.2 Akquirieren und Achseneigenschaften festlegen399
35.8.3 Daten abfragen399
35.9 First-Person-Camera402
35.9.1 Variablen und Strukturen definieren403
35.9.2 Erzeugen der DirectInput-Devices404
35.9.3 Maus- und Tastaturdaten empfangen405
35.9.4 Maus- und Tastaturdaten auswerten406
36 DirectPlay410
36.1 Service-Provider411
36.2 Wie ist eine Peer-to-Peer Verbindung aufgebaut?412
36.3 Erstellen einer GUID413
36.4 Host414
36.5 Player414
36.5.1 Host suchen415
36.5.2 Player erstellen und an der Session anmelden417
36.6 Senden von Daten417
36.7 Empfangen von Daten418
36.8 Beispielprogramm: Simple Chat419
36.9 Kommunikationsmodelle421
36.9.1 Peer-to-Peer-Session421
36.9.2 Client/Server-Session421
36.9.3 Sicherheit421
37 Das Spiel: Return From Orion424
37.1 Erste Gedanken zum Spiel425
37.2 Von der ersten Spielidee zu einem Konzept425
37.3 Der Entwicklungsprozess oder die Arbeit vor der Arbeit427
37.4 Festlegung des Spielprinzips/Spielablaufs427
37.5 Die Storyline – eine Geschichte entsteht428
37.6 Festlegen des Designs mit Designstudien429
37.7 Das Konzept des Spiels430
38 Das Projekt startet432
38.1 Erstellen der ersten Objekte432
38.2 Erstellen des Basis-Devices für das Projekt434
39 Eine Welt erschaffen438
39.1 Die Theorie des Spielfeldes438
39.2 Das Spielfeld in der Praxis439
39.2.1 Spielfelddaten auslesen440
39.2.2 Performance-Steigerung im Spielfeld443
39.2.3 Das Spielfeld erstellen445
39.2.4 Die Bitmaske446
39.2.5 Das Spielfeld rendern447
39.3 Skydome: Die Begrenzung der Spielwelt451
40 Die Spielfigur454
40.1 Die Techniken der Spielfigur455
40.1.1 Bewegungsablauf – Animation der Spielfigur455
40.1.2 Bewegung der Spielfigur459
40.1.3 Relative Bewegungen im Spiel460
40.1.4 Logik der Bewegung462
40.1.5 Drehung der Spielfigur465
40.1.6 Laufen der Spielfigur467
40.2 Einfügen der Tastaturabfrage470
40.3 Einfügen des Kameramoduls476
41 Gegner: Computergesteuerte Elemente480
41.1 Arten von Gegnern480
41.1.1 Festgelegte Bewegungen und Aktionen480
41.1.2 Intelligente Bewegungen und Aktionen481
41.1.3 Intelligente Bewegungen, Aktionen und Kommunikation482
41.2 Einfügen der Gegner in „Return From Orion“483
42 Künstliche Intelligenz490
42.1 Was ist künstliche Intelligenz?490
42.1.1 Menschlich handeln491
42.1.2 Menschlich denken491
42.1.3 Rational denken492
42.1.4 Rational handeln492
42.2 KI in Computerspielen492
42.3 KI in „Return From Orion“493
42.3.1 Random-Strategie495
42.3.2 Vertikale Strategie497
42.3.3 Horizontale Strategie501
42.3.4 Änderung der KI-Strategie504
43 Kollision506
43.1 Kollision in DirectX506
43.1.1 BoundingBox506
43.1.2 BoundingSphere507
43.1.3 Feintuning508
43.2 Kollision im Spiel509
44 Soundeffekte512
45 Abschließende Funktionen516
45.1 Statusanzeigen erstellen und integrieren516
45.2 Splash-Screens521
45.3 Kamerafahrt am Anfang jedes Levels523
45.4 Framerate begrenzen525
46 Leveleditor528
46.1 Zeichnen des Spielfeldes529
46.2 Editieren der Spielfelddaten532
46.3 Steuerelemente des Leveleditors537
46.4 Das Programm-Menü543
46.4.1 Level neu erstellen543
46.4.2 Level laden545
46.4.3 Level speichern546
46.4.4 Direkt Zugriff auf ein Level546
46.4.5 Spielfeld umranden548
46.4.6 Dynamische Objekte einfügen: Random549
46.5 Hilfsfunktionen550
47 Fragen und Antworten zu VB.NET554
48 Fragen und Antworten zu DirectX560
48.1 Fragen und Antworten zu Texturen561
Glossar564
Anhang568
Datentypen568
Index570

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