Java 實現小球碰撞GUI
最後一次更新於2019/07/08
修復問題:java
- 錯誤輸入未提醒問題
- 碰撞小球的圖形重疊問題
- 高速小球越界問題
感謝
大一暑假拜讀學姐的一篇文章：我說這是一篇很嚴肅的技術文章你信嗎，本篇在她的基礎上加以改進。git
效果演示圖
基本思路
要實現小球運動，能夠從如下幾點切入：github
1. 小球都有那些具體特徵?
涉及動能定理就須要考慮質量了，除此以外常規的幾個變量也不能忘：方向、球的尺寸，所在位置以及當前速度。
2. 誰能初始小球的狀態？
小球的狀態無非兩種：(隨機)默認值、人工手動輸入。
3. 誰能控制小球的運動？
咱們控制小球是須要給予必定的指令的，就算是鼠標點擊也是簡單的指令之一，除此以外若是想要擁有稍微複雜一點的指令可使用按鈕來實現。框架
根據分析，咱們大概能構造出大概的類，無非是一個專門描述小球狀態的，一個控制全部命令的，一個構建出窗口和選項的。咱們還能夠在細化這三個類的功能：dom
球類
由於窗口也是二維的，構造方法僅須要包含：質量，沿x、y軸的分速度，二維座標表示的位置，顏色，大小, 所在的畫板。
小球的外在屬性：顏色，尺寸。
小球的移動狀況:ide
- 遇到邊界直接反彈
- 移動距離利用公式：距離 = 當前距離 + 速度 × 時間(這邊直接簡化成1)
- 小球之間的徹底彈性碰撞公式：
$$\frac{{{\rm{(}}{{\rm{m}}_1} - {m_2}){v_{10}} + 2{m_2}{v_{20}}}}{{{{\rm{m}}_1} + {m_2}}}$$
$$\frac{{{\rm{(}}{{\rm{m}}_2} - {m_1}){v_{20}} + 2{m_1}{v_{10}}}}{{{{\rm{m}}_1} + {m_2}}}$$ - 碰撞的兩球形狀儘可能不要重疊,當程序檢測到這種意外時要儘量拉開兩球之間的距離，直到兩球距離剛好等於兩球半徑之和。
代碼以下：函數
/**
* 這個類主要是用來設置小球的各類屬性以及運動關係。
* @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{
/**
* 聲明小球的各類變量。
*/
private int xPos, yPos, size, xSpeed, ySpeed,mass;
private Color color;
private BallFrame bf;
/**
* 球類的構造函數。
* @param xPos 小球在X軸上的位置。
* @param yPos 小球在Y軸上的位置。
* @param size 小球的直徑長度。
* @param xSpeed 小球在X軸上的分速度。
* @param ySpeed 小球在Y軸上的分速度。
* @param color 小球的顏色。
* @param mass 小球的質量。
* @param bf 當前小球所在的畫板。
*/
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;
}
/**
* 在畫板上繪製小球。
* @param g 當前小球。
*/
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);
}
/**
* 該方法是用來判斷下一秒小球的移動方向並計算當前小球的位置。
* @param bf 當前小球所在的畫板。
*/
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;
}
/**
* 該方法是用於判斷碰撞是否發生了，若是發生了，儘可能避免小球形狀之間的重疊。
* @param balls 全部小球。
*/
public void collision(ArrayList<Ball> 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++;
}
/* 應用完美彈性碰撞的速度公式 */
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);
}
}
}
}
}
事件監聽器
- 構造方法中須要同時引入涉及文本框、按鈕和小球所在的類。
- 若是點擊鼠標，生成一個除了大小給定其餘隨機的彩色小球。
- 若是點
Play文本框的信息被讀取，生成指定的小球。 - 若是點
Stop小球中止運動但不消失。 - 若是點
Reset文本框恢復默認值，用戶能夠選擇從新輸入。 - 若是點
Continue小球繼續剛剛的運動。 - 若是點
Clear小球中止運動且線程當即中斷。
代碼以下：動畫
/**
* 此類是用於監聽 BallFrame GUI 的文字輸入和按監聽的。
* 用戶能夠輸入參數而後點擊按鈕"Play"或者在畫板中指定區域單機鼠標生成小球。
* @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 {
/**
* 聲明監聽器裏的全部變量。
* 須要注意什麼時候更改 clearFlag 和 pauseFlag 的布爾值。
*/
private BallFrame bf;
private Random rand = new Random();
private volatile boolean clearFlag = false, pauseFlag = false;
private ArrayList<Ball> ball;
Thread playing;
/**
* 監聽器的構造函數。
* @param bf BallFrame 類的實例。
* @param ball 全部小球組成的列表。
*/
public Listener(BallFrame bf, ArrayList ball) {
this.bf = bf;
this.ball = ball;
}
/**
* 每次點擊小球時，只能直到生成小球的初始位置，可是它的速度份量都是隨機數。
*/
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
/**
* 該方法是 Runnable 的重寫。
* 若是用戶選擇暫停的話，須要中止畫板刷新和新的繪製。
*/
public void run() {
while (!clearFlag) {
if(!pauseFlag)
{
bf.repaint();
try {
Thread.sleep(30);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
/**
* 該方法用來響應不一樣按鈕的需求。
*/
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();
}
}
/**
* 該方法用來響應 "Reset" 按鈕。
* 每一個文本框都設置默認值。
* 重置完後沒法再點擊 "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);
}
/**
* 該方法用來響應 "Play" 按鈕。
* 須要建立一個新的進程並設置 clearFlag 爲 false, 這樣 run() 函數能夠正常運行。
* 運行完後沒法再點擊 "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);
}
/**
* 該方法用來響應 "Stop" 按鈕。
* 這個不須要從新繪製。
* 用戶沒法再點擊 "Stop" 按鈕。
*/
void stopPlaying() {
bf.stop.setEnabled(false);
bf.play.setEnabled(true);
bf.reset.setEnabled(true);
bf.Continue.setEnabled(true);
bf.clear.setEnabled(true);
pauseFlag=true;
}
/**
* 該方法用來響應 "Continue" 按鈕。
* 須要設置 pauseFlag 的值用來一遍又一遍地重繪窗口。
* 須要記住線程 "Playing" 仍在工做!
* 用戶沒法再點擊 "Continue" 按鈕。
*/
void continuePlaying()
{
bf.stop.setEnabled(true);
bf.play.setEnabled(true);
bf.reset.setEnabled(true);
bf.Continue.setEnabled(false);
bf.clear.setEnabled(true);
pauseFlag = false;
}
/**
* 該方法用來響應 "Clear" 按鈕。
* 經過將線程聲明爲null來減小CPU的浪費。
* 須要清空全部小球並從新繪製。
* 用戶沒法再點擊 "Clear" 或 "Stop" 或 "Continue" 按鈕。
*/
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();
}
/**
* 覈查用戶在文本框裏的輸入是否正確。
* @param mass 小球的質量。
* @param size 小球的直徑。
* @param xPos 小球在X軸的位置。
* @param yPos 小球在Y軸的位置。
* @return 返回覈驗結果。
*/
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
- 須要文本框實現輸入，兩行，每行3個變量。
- 須要5個按鈕，分別表明 "Play"、"Stop"、"Reset"、"Continue"、"Clear"。
- 須要一個畫布，能夠顯示出球類的動畫。
代碼以下this
/**
* 該類主要用於繪製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> ball = new ArrayList<Ball>();
private Image img;
private Graphics2D graph;
/**
* JPanel 用於一行一行的放置文本框和按鈕
*/
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 類的構造函數。
*/
public BallFrame()
{
super("BallGame");
setSize(600, 600);
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
//使第一個模塊都是文本框。
row1.setLayout(new GridLayout(2, 3, 10, 10));
//把文本框和標籤加到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");
//使按鈕居中。
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);
}
//主函數。
public static void main(String[] args) {
BallFrame.setLookAndFeel();
BallFrame bf = new BallFrame();
bf.UI();
}
/**
* 添加監聽器。
*/
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();
}
/**
* 這種方法是爲了確保跨操做系統可以顯示窗口。
*/
private static void setLookAndFeel() {
try {
UIManager.setLookAndFeel(
"com.sun.java.swing.plaf.nimbus.NimbusLookAndFeel"
);
} catch (Exception exc) {
// 忽略。
}
}
/**
* 該方法是用於重繪不一樣區域的畫布。
*/
public void paint(Graphics g) {
// Panel須要被重繪，否則沒法顯示。
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();
//渲染使無鋸齒。
graph.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_ANTIALIASING, RenderingHints.VALUE_ANTIALIAS_ON);
graph.setBackground(getBackground());
//遍歷更新每個小球的運動狀況。
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);
}
}
源碼
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https://github.com/Hephaest/B...spa
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