小球碰撞python代码_Java 实现小球碰撞GUI
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
基本思路
要实现小球运动，可以从以下几点切入：
1. 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。
2. 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。
3. 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, 所在的画板。
小球的外在属性：颜色，尺寸。
小球的移动情况:
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公式：
$$\frac{{{\rm{(}}{{\rm{m}}_1} - {m_2}){v_{10}} + 2{m_2}{v_{20}}}}{{{{\rm{m}}_1} + {m_2}}}$$
$$\frac{{{\rm{(}}{{\rm{m}}_2} - {m_1}){v_{20}} + 2{m_1}{v_{10}}}}{{{{\rm{m}}_1} + {m_2}}}$$
碰撞的两球形状尽量不要重叠,当程序检测到这种意外时要尽可能拉开两球之间的距离，直到两球距离恰好等于两球半径之和。
代码如下：
/**
* 这个类主要是用来设置小球的各种属性以及运动关系。
* @author Hephaest
* @version 2019/7/5
* @since jdk_1.8.202
*/
import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.util.ArrayList;
public class Ball{
/**
* 声明小球的各种变量。
*/
private int xPos, yPos, size, xSpeed, ySpeed,mass;
private Color color;
private BallFrame bf;
/**
* 球类的构造函数。
* @param xPos 小球在X轴上的位置。
* @param yPos 小球在Y轴上的位置。
* @param size 小球的直径长度。
* @param xSpeed 小球在X轴上的分速度。
* @param ySpeed 小球在Y轴上的分速度。
* @param color 小球的颜色。
* @param mass 小球的质量。
* @param bf 当前小球所在的画板。
*/
public Ball(int xPos, int yPos, int size, int xSpeed, int ySpeed, Color color, int mass, BallFrame bf) {
super();
this.xPos = xPos;
this.yPos = yPos;
this.size = size;
this.xSpeed = xSpeed;
this.ySpeed = ySpeed;
this.color = color;
this.mass = mass;
this.bf = bf;
}
/**
* 在画板上绘制小球。
* @param g 当前小球。
*/
public void drawBall(Graphics g) {
if(xPos + size> bf.getWidth() - 4) xPos = bf.getWidth() - size - 4;
else if(xPos < 4) xPos = 4;
if(yPos < 4) yPos = 4;
else if(yPos > bf.getHeight()) yPos = bf.getHeight() - size - 4;
g.setColor(color);
g.fillOval(xPos, yPos, size, size);
}
/**
* 该方法是用来判断下一秒小球的移动方向并计算当前小球的位置。
* @param bf 当前小球所在的画板。
*/
public void moveBall(BallFrame bf) {
if (xPos + size + xSpeed > bf.getWidth() - 4 || xPos + xSpeed < 4)
{
xSpeed = -xSpeed;
}
if (yPos + ySpeed < 2 || yPos + size + ySpeed > bf.getHeight() - 163)
{
ySpeed = - ySpeed;
}
xPos += xSpeed;
yPos += ySpeed;
}
/**
* 该方法是用于判断碰撞是否发生了，如果发生了，尽量避免小球形状之间的重叠。
* @param balls 所有小球。
*/
public void collision(ArrayList balls) {
for (int i = 0; i < balls.size(); i++) {
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)) {
if (this.xPos > ball.xPos) {
xPos++;
while(Math.sqrt(Math.pow(this.xPos - ball.xPos,2) + Math.pow(d2,2)) < this.size / 2 + ball.size / 2) xPos++;
} else {
ball.xPos++;
while(Math.sqrt(Math.pow(ball.xPos - this.xPos,2) + Math.pow(d2,2)) < this.size / 2 + ball.size / 2) ball.xPos++;
}
/* 应用完美弹性碰撞的速度公式 */
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);
}
}
}
}
}
事件监听器
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：
/**
* 此类是用于监听 BallFrame GUI 的文字输入和按监听的。
* 用户可以输入参数然后点击按钮"Play"或者在画板中指定区域单机鼠标生成小球。
* @author Hephaest
* @version 2019/7/5
* @since jdk_1.8.202
*/
import java.awt.Color;
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 java.util.regex.Pattern;
import javax.swing.*;
public class Listener extends MouseAdapter implements ActionListener,Runnable {
/**
* 声明监听器里的所有变量。
* 需要注意何时更改 clearFlag 和 pauseFlag 的布尔值。
*/
private BallFrame bf;
private Random rand = new Random();
private volatile boolean clearFlag = false, pauseFlag = false;
private ArrayList ball;
Thread playing;
/**
* 监听器的构造函数。
* @param bf BallFrame 类的实例。
* @param ball 所有小球组成的列表。
*/
public Listener(BallFrame bf, ArrayList ball) {
this.bf = bf;
this.ball = ball;
}
/**
* 每次点击小球时，只能直到生成小球的初始位置，但是它的速度分量都是随机数。
*/
public void mousePressed(MouseEvent e) {
int x = e.getX();
int y = e.getY();
if(x + 50 > bf.getWidth() - 4) x = bf.getWidth() - 54;
else if(x < 4) x = 4;
if(y < 163) y = 163;
else if(y + 50 > bf.getHeight()) y = bf.getHeight() - 46;
Ball newBall = new Ball(x, y - 163, 50, (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, bf);
ball.add(newBall);
}
@Override
/**
* 该方法是 Runnable 的重写。
* 如果用户选择暂停的话，需要停止画板刷新和新的绘制。
*/
public void run() {
while (!clearFlag) {
if(!pauseFlag)
{
bf.repaint();
try {
Thread.sleep(30);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
/**
* 该方法用来响应不同按钮的需求。
*/
public void actionPerformed(ActionEvent event) {
String command = event.getActionCommand();
if (command.equals("Play")) {
if (checkValid(bf.massText.getText(), bf.sizeText.getText(), bf.xPositionText.getText(), bf.yPositionText.getText())) {
startPlaying();
} else {
JOptionPane.showMessageDialog(null, "Please enter correct numbers!");
}
}
if (command.equals("Stop")) {
stopPlaying();
}
if (command.equals("Reset")) {
setAllFields();
}
if (command.equals("Continue")) {
continuePlaying();
}
if (command.equals("Clear")) {
clearPlaying();
}
}
/**
* 该方法用来响应 "Reset" 按钮。
* 每个文本框都设置默认值。
* 重置完后无法再点击 "Reset" 或 "Continue"。
*/
void setAllFields() {
bf.massText.setText("1");
bf.xSpeedText.setText("1");
bf.xPositionText.setText("0");
bf.sizeText.setText("50");
bf.ySpeedText.setText("1");
bf.yPositionText.setText("0");
bf.reset.setEnabled(false);
bf.play.setEnabled(true);
bf.Continue.setEnabled(false);
bf.clear.setEnabled(true);
}
/**
* 该方法用来响应 "Play" 按钮。
* 需要创建一个新的进程并设置 clearFlag 为 false, 这样 run() 函数可以正常运行。
* 运行完后无法再点击 "play" again 或 "Continue"。
*/
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, bf);
ball.add(myball);
}
/**
* 该方法用来响应 "Stop" 按钮。
* 这个不需要重新绘制。
* 用户无法再点击 "Stop" 按钮。
*/
void stopPlaying() {
bf.stop.setEnabled(false);
bf.play.setEnabled(true);
bf.reset.setEnabled(true);
bf.Continue.setEnabled(true);
bf.clear.setEnabled(true);
pauseFlag=true;
}
/**
* 该方法用来响应 "Continue" 按钮。
* 需要设置 pauseFlag 的值用来一遍又一遍地重绘窗口。
* 需要记住线程 "Playing" 仍在工作!
* 用户无法再点击 "Continue" 按钮。
*/
void continuePlaying()
{
bf.stop.setEnabled(true);
bf.play.setEnabled(true);
bf.reset.setEnabled(true);
bf.Continue.setEnabled(false);
bf.clear.setEnabled(true);
pauseFlag = false;
}
/**
* 该方法用来响应 "Clear" 按钮。
* 通过将线程声明为null来减少CPU的浪费。
* 需要清空所有小球并重新绘制。
* 用户无法再点击 "Clear" 或 "Stop" 或 "Continue" 按钮。
*/
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();
}
/**
* 核查用户在文本框里的输入是否正确。
* @param mass 小球的质量。
* @param size 小球的直径。
* @param xPos 小球在X轴的位置。
* @param yPos 小球在Y轴的位置。
* @return 返回核验结果。
*/
private boolean checkValid(String mass, String size, String xPos, String yPos)
{
Pattern pattern = Pattern.compile("[0-9]*");
if (!pattern.matcher(mass).matches() || !pattern.matcher(size).matches() || !pattern.matcher(xPos).matches() || !pattern.matcher(yPos).matches())
return false;
else if (Integer.parseInt(mass) <= 0 || Integer.parseInt(size) <= 0 || Integer.parseInt(xPos) < 0 || Integer.parseInt(yPos) < 0)
return false;
else
return true;
}
}
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
/**
* 该类主要用于绘制GUI。
* @author Hephaest
* @version 2019/7/5
* @since jdk_1.8.202
*/
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 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 ArrayList ball = new ArrayList();
private Image img;
private Graphics2D graph;
/**
* JPanel 用于一行一行的放置文本框和按钮
*/
JPanel row1 = new JPanel();
JLabel mass = new JLabel("mass:", JLabel.RIGHT);
JTextField massText, xSpeedText, xPositionText, sizeText, ySpeedText, yPositionText;
JLabel xSpeed = new JLabel("xSpeed:", JLabel.RIGHT);
JLabel xPosition = new JLabel("xPosition:", JLabel.RIGHT);
JLabel size = new JLabel("size:", JLabel.RIGHT);
JLabel ySpeed = new JLabel("ySpeed:", JLabel.RIGHT);
JLabel yPosition = new JLabel("yPosition:", JLabel.RIGHT);
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");
/**
* BallFrame 类的构造函数。
*/
public BallFrame()
{
super("BallGame");
setSize(600, 600);
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
//使第一个模块都是文本框。
row1.setLayout(new GridLayout(2, 3, 10, 10));
//把文本框和标签加到row1。
row1.add(mass);
massText = new JTextField("1");
row1.add(massText);
row1.add(xSpeed);
xSpeedText = new JTextField("1");
row1.add(xSpeedText);
row1.add(xPosition);
xPositionText = new JTextField("0");
row1.add(xPositionText);
row1.add(size);
sizeText = new JTextField("50");
row1.add(sizeText);
row1.add(ySpeed);
ySpeedText = new JTextField("1");
row1.add(ySpeedText);
row1.add(yPosition);
yPositionText = new JTextField("0");
row1.add(yPositionText);
add(row1,"North");
//使按钮居中。
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);
}
//主函数。
public static void main(String[] args) {
BallFrame.setLookAndFeel();
BallFrame bf = new BallFrame();
bf.UI();
}
/**
* 添加监听器。
*/
public void UI() {
Listener lis = new Listener(this, ball);
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();
}
/**
* 这种方法是为了确保跨操作系统能够显示窗口。
*/
private static void setLookAndFeel() {
try {
UIManager.setLookAndFeel(
"com.sun.java.swing.plaf.nimbus.NimbusLookAndFeel"
);
} catch (Exception exc) {
// 忽略。
}
}
/**
* 该方法是用于重绘不同区域的画布。
*/
public void paint(Graphics g) {
// Panel需要被重绘，不然无法显示。
row1.repaint(0,0,this.getWidth(), 80);
row2.repaint(0,0,this.getWidth(), 42);
img = this.createImage(this.getWidth(), this.getHeight());
graph = (Graphics2D)img.getGraphics();
//渲染使无锯齿。
graph.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
graph.setBackground(getBackground());
//遍历更新每一个小球的运动情况。
for (int i = 0; i < ball.size(); i++) {
Ball myBall = ball.get(i);
myBall.drawBall(graph);
myBall.collision(ball);
myBall.moveBall(this);
}
g.drawImage(img, 0, 150, this);
}
}
源码
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