摘要:动能定理的实践出了问题,因为鼠标点击的小球生成是随机的,无法得知每个小球的情况,动能定理公式给定了,可能是算法不够精致。
要实现小球的运动,可以从以下几点切入:
小球都有那些具体特征?
- 涉及动能定理就需要考虑质量了,除此之外常规的几个变量也不能忘:方向、球的尺寸,所在位置以及当前速度
谁能初始小球的状态?
- 小球的状态无非两种:(随机)默认值、人工手动输入
谁能控制小球的运动?
- 我们控制小球是需要给予一定的指令的,就算是鼠标点击也是简单的指令之一,除此之外如果想要拥有稍微复杂一点的指令可以使用按钮来实现
根据分析,我们大概能构造出大概的类,无非是一个专门描述小球状态的,一个控制所有命令的,一个构建出窗口和选项的。我们还可以在细化这三个类的功能:
球类
因为窗口也是二维的
构造方法仅需要包含:
- 质量 - 沿x、y轴的分速度 - 二维坐标表示的位置 - 颜色 - 大小
画个小球
颜色
尺寸
移动小球
遇到边界直接反弹
移动距离利用公式:距离=当前距离+速度×时间(这边直接简化成1)
小球之间的完全弹性碰撞,根据公式:
$$frac{{{ m{(}}{{ m{m}}_1} - {m_2}){v_{10}} + 2{m_2}{v_{20}}}}{{{{ m{m}}_1} + {m_2}}}$$
$$frac{{{ m{(}}{{ m{m}}_2} - {m_1}){v_{20}} + 2{m_1}{v_{10}}}}{{{{ m{m}}_1} + {m_2}}}$$
代码如下:
import java.awt.Color; import java.awt.Graphics; import java.util.ArrayList; import javax.swing.JFrame; public class Ball{ /** * declare variables of ball */ private int xPos, yPos, size, xSpeed, ySpeed,mass; private Color color; /** * Constructor for objects of class Ball */ public Ball(int xPos, int yPos, int size, int xSpeed, int ySpeed, Color color,int mass) { super(); this.xPos = xPos; this.yPos = yPos; this.size = size; this.xSpeed = xSpeed; this.ySpeed = ySpeed; this.color = color; this.mass=mass; } /** * use method of Graphics to create a colorful ball * @param g A ball */ public void drawBall(Graphics g) { g.setColor(color); g.fillOval(xPos, yPos, size, size); } /** * This method tries to figure out * @param g A ball * if ball is going to hit the boundary,change its direction */ public void moveBall(Graphics g,BallFrame bf) { if (xPos+size>bf.getWidth() || xPos <0) { xSpeed = -xSpeed; } if (yPos<0 ||(yPos+size >bf.getHeight()-160)) { ySpeed = -ySpeed; } xPos += xSpeed; yPos += ySpeed; } public void collision(Graphics g, ArrayListballs) { for (int i = 0; i < balls.size(); i++) { Ball ball = (Ball) balls.get(i); if (ball != this) { double d1 = Math.abs(this.xPos - ball.xPos); double d2 = Math.abs(this.yPos - ball.yPos); double d3 = Math.sqrt(Math.pow(d1,2) + Math.pow(d2,2)); if (d3 <= (this.size / 2 + ball.size / 2)) { /** * Using perfectly elastic collision */ this.xSpeed=((this.mass-ball.mass)*this.xSpeed+2*ball.mass*ball.xSpeed)/(this.mass+ball.mass); this.ySpeed=((this.mass-ball.mass)*this.ySpeed+2*ball.mass*ball.ySpeed)/(this.mass+ball.mass); ball.xSpeed=((ball.mass-this.mass)*ball.xSpeed+2*this.mass*this.xSpeed)/(this.mass+ball.mass); ball.ySpeed=((ball.mass-this.mass)*ball.ySpeed+2*this.mass*this.ySpeed)/(this.mass+ball.mass); } } } } }
2.事件监听器(鼠标、按钮和文本框)
构造方法中需要同时引入涉及文本框、按钮和小球所在的类
如果点击鼠标,生成一个除了大小给定其他随机的彩色小球
如果点“Play” 文本框的信息被读取,生成指定的小球
如果点“Stop” 小球停止运动但不消失
如果点“Reset” 文本框恢复默认值,用户可以选择重新输入
如果点“Continue” 小球继续刚刚的运动
如果点“Clear” 小球停止运动且线程立即中断
代码如下:
import java.awt.Color; import java.awt.Graphics; import java.awt.event.ActionEvent; import java.awt.event.ActionListener; import java.awt.event.MouseAdapter; import java.awt.event.MouseEvent; import java.util.ArrayList; import java.util.Random; import javax.swing.JFrame; public class Listener extends MouseAdapter implements ActionListener,Runnable { private BallFrame bf; private Graphics g; private Random rand = new Random(); private volatile boolean clearFlag = false, pauseFlag = false; private ArrayListball = new ArrayList (); Thread playing; public Listener(BallFrame bf, ArrayList ball) { this.bf = bf; this.ball = ball; } public void mousePressed(MouseEvent e) { int x = e.getX(); int y = e.getY(); Ball myball = new Ball(x, y, 30, (1+rand.nextInt(9)*(Math.random()>0.5?1:-1)), (1+rand.nextInt(9)*(Math.random()>0.5?1:-1)), new Color(rand.nextInt(255),rand.nextInt(255),rand.nextInt(255)),rand.nextInt(9)+1); ball.add(myball); } @Override public void run() { while (!clearFlag) { if(!pauseFlag) { bf.repaint(); try { Thread.sleep(30); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public void actionPerformed(ActionEvent event) { String command = event.getActionCommand(); if (command.equals("Play")) { startPlaying(); } if (command.equals("Stop")) { stopPlaying(); } if (command.equals("Reset")) { setAllFields(); } if (command.equals("Continue")) { continuePlaying(); } if (command.equals("Clear")) { clearPlaying(); } } void setAllFields() { bf.massText.setText("0"); bf.xSpeedText.setText("0"); bf.xPositionText.setText("0"); bf.sizeText.setText("0"); bf.ySpeedText.setText("0"); bf.yPositionText.setText("0"); bf.reset.setEnabled(false); bf.play.setEnabled(true); bf.Continue.setEnabled(false); bf.clear.setEnabled(true); } void startPlaying() { playing = new Thread(this); playing.start(); clearFlag = false; bf.play.setEnabled(false); bf.Continue.setEnabled(false); bf.stop.setEnabled(true); bf.reset.setEnabled(true); bf.clear.setEnabled(true); String xP=bf.xPositionText.getText(); int x=Integer.parseInt(xP); String yP=bf.yPositionText.getText(); int y=Integer.parseInt(yP); String Size=bf.sizeText.getText(); int size=Integer.parseInt(Size); String Xspeed=bf.xSpeedText.getText(); int xspeed=Integer.parseInt(Xspeed); String Yspeed=bf.ySpeedText.getText(); int yspeed=Integer.parseInt(Yspeed); String Mass=bf.massText.getText(); int mass=Integer.parseInt(Mass); Ball myball = new Ball(x, y, size, xspeed,yspeed, new Color(rand.nextInt(255),rand.nextInt(255),rand.nextInt(255)),mass); ball.add(myball); } void stopPlaying() { bf.stop.setEnabled(false); bf.play.setEnabled(true); bf.reset.setEnabled(true); bf.Continue.setEnabled(true); bf.clear.setEnabled(true); pauseFlag=true; } void continuePlaying() { bf.stop.setEnabled(true); bf.play.setEnabled(true); bf.reset.setEnabled(true); bf.Continue.setEnabled(false); bf.clear.setEnabled(true); pauseFlag=false; } void clearPlaying() { bf.clear.setEnabled(false); bf.stop.setEnabled(false); bf.play.setEnabled(true); bf.reset.setEnabled(true); bf.Continue.setEnabled(false); playing = null; clearFlag = true; ball.clear(); bf.repaint(); } }
GUI框架
需要文本框实现输入,两行,每行3个变量
需要5个按钮,分别代表"Play"、"Stop"、"Reset"、"Continue"、"Clear"
需要一个画布,可以显示出球类的动画
代码如下
import java.awt.BorderLayout; import java.awt.FlowLayout; import java.awt.Graphics; import java.awt.Graphics2D; import java.awt.GridLayout; import java.awt.Image; import java.awt.RenderingHints; import java.util.ArrayList; import java.util.Random; import javax.swing.JButton; import javax.swing.JFrame; import javax.swing.JLabel; import javax.swing.JPanel; import javax.swing.JTextField; import javax.swing.UIManager; public class BallFrame extends JFrame { private ArrayListball = new ArrayList (); private Image img; private Graphics2D graph; // set up row 1 JPanel row1 = new JPanel(); JLabel mass = new JLabel("mass:", JLabel.RIGHT); JTextField massText = new JTextField("0"); JLabel xSpeed = new JLabel("xSpeed:", JLabel.RIGHT); JTextField xSpeedText = new JTextField("0"); JLabel xPosition = new JLabel("xPosition:", JLabel.RIGHT); JTextField xPositionText = new JTextField("0"); JLabel size = new JLabel("size:", JLabel.RIGHT); JTextField sizeText = new JTextField("0"); JLabel ySpeed = new JLabel("ySpeed:", JLabel.RIGHT); JTextField ySpeedText = new JTextField("0"); JLabel yPosition = new JLabel("yPosition:", JLabel.RIGHT); JTextField yPositionText = new JTextField("0"); // set up row 2 JPanel row2 = new JPanel(); JButton stop = new JButton("Stop"); JButton Continue = new JButton("Continue"); JButton clear = new JButton("Clear"); JButton play = new JButton("Play"); JButton reset = new JButton("Reset"); public BallFrame() { super("BallGame!"); setSize(600, 600); setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); /** * set to BorderLayout * This borderLayout do nothing important except makes our rows at the top. * if user perfer bottom, all we need is to change "NORTH" into "South". */ setLayout(new BorderLayout()); add(row1, BorderLayout.NORTH); add(row2, BorderLayout.NORTH); //set to GridLayout whole framework GridLayout layout = new GridLayout(5,2,10,10); setLayout(layout); //specify how many text fields should be filled in one line. GridLayout layout2 = new GridLayout(2, 3, 10, 10); row1.setLayout(layout2); // the following process is to add them into window row1.add(mass); massText=new JTextField(); row1.add(massText); row1.add(xSpeed); xSpeedText=new JTextField(); row1.add(xSpeedText); row1.add(xPosition); xPositionText=new JTextField(); row1.add(xPositionText); row1.add(size); sizeText=new JTextField(); row1.add(sizeText); row1.add(ySpeed); ySpeedText=new JTextField(); row1.add(ySpeedText); row1.add(yPosition); yPositionText=new JTextField(); row1.add(yPositionText); add(row1); //make button in the center FlowLayout layout3 = new FlowLayout(FlowLayout.CENTER, 10, 10); row2.setLayout(layout3); row2.add(play); row2.add(stop); row2.add(reset); row2.add(Continue); row2.add(clear); add(row2); setResizable(false); setVisible(true); } //Main function, nothing else need to explain... public static void main(String[] args) { BallFrame.setLookAndFeel(); BallFrame bf = new BallFrame(); bf.UI(); } public void UI() { Listener lis = new Listener(this, ball); // Add listeners this.addMouseListener(lis); clear.addActionListener(lis); Continue.addActionListener(lis); stop.addActionListener(lis); play.addActionListener(lis); reset.addActionListener(lis); Thread current = new Thread(lis); current.start(); } /** * This method is to ensure across operation system could have a ability to show window */ private static void setLookAndFeel() { try { UIManager.setLookAndFeel( "com.sun.java.swing.plaf.nimbus.NimbusLookAndFeel" ); } catch (Exception exc) { // ignore error } } public void paint(Graphics g) { img = this.createImage(this.getWidth(), this.getHeight()); graph = (Graphics2D)img.getGraphics();; graph.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON); for (int i = 0; i < ball.size(); i++) { Ball myball = (Ball) ball.get(i); myball.moveBall(graph,this); myball.collision(graph,ball); myball.moveBall(graph,this); myball.drawBall(graph); } //If the canvas"s height over 160, it will hide our buttons. g.drawImage(img, 0, 160, this); } }
输出窗口的画面截图
最近初学GUI,学校讲课用的是小球运动的例子,大一暑假拜读认识的学姐的一篇文章:我说这是一篇很严肃的技术文章你信吗,出于搞清楚GUI原理和好玩的目的,我就开始了我的改进之路。总体来说是符合我的预期的,但还是有两个问题:
忽视了错误输入可能造成异常的结果,暂时没学到在GUI如果输入错误怎么弹出界面,不过应该挺简单的,学到了再补。
动能定理的实践出了问题,因为鼠标点击的小球生成是随机的,无法得知每个小球的情况,动能定理公式给定了,可能是算法不够精致。
Github源码
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摘要:球类的构造函数。如果点文本框的信息被读取,生成指定的小球。所有小球组成的列表。框架需要文本框实现输入,两行,每行个变量。用于一行一行的放置文本框和按钮类的构造函数。 最后一次更新于2019/07/08修复问题: 错误输入未提醒问题 碰撞小球的图形重叠问题 高速小球越界问题 感谢 大一暑假拜读学姐的一篇文章:我说这是一篇很严肃的技术文章你信吗,本篇在她的基础上加以改进。 效果演示图 ...
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