物理小球在遊戲中的應用

遊戲編程需要一些經常使用的數學和物理知識，下面演示一下：

1、開發運動體Movable類代碼

package wyf.wpf;        //聲明包語句
import android.graphics.Bitmap; //引入相關類
import android.graphics.Canvas; //引入相關類
//代表可移動物體的Movable類
public class Movable{
    int startX=0;       //初始X座標
    int startY=0;       //初始Y座標
    int x;              //實時X座標
    int y;              //實時Y座標
    float startVX=0f;   //初始豎直方向的速度
    float startVY=0f;   //初始水平方向的速度
    float v_x=0f;       //實時水平方向速度
    float v_y=0f;       //實時豎直方向速度
    int r;              //可移動物體半徑
    double timeX;           //X方向上的運動時間
    double timeY;           //Y方向上的運動時間
    Bitmap bitmap=null; //可移動物體圖片
    BallThread bt=null; //負責小球移動時 ，作爲一個線程，起到物理引擎的作用
    boolean bFall=false;//小球是否已經從木板上下落
    float impactFactor = 0.25f; //小球撞地後速度的損失係數
    //構造器
    public Movable(int x,int y,int r,Bitmap bitmap){
        this.startX = x;        //初始化X座標
        this.x = x;             //初始化X座標
        this.startY = y;        //初始化Y座標
        this.y = y;             //初始化Y座標
        this.r = r;             //初始化
        this.bitmap = bitmap;   //初始化圖片
        timeX=System.nanoTime();    //獲取系統時間初始化
        this.v_x = BallView.V_MIN + (int)((BallView.V_MAX-BallView.V_MIN)*Math.random());
        bt = new BallThread(this);//創建並啓動BallThread ，啓動物理引擎
        bt.start();
    }
    //方法：繪製自己到屏幕上
    public void drawSelf(Canvas canvas){
        canvas.drawBitmap(this.bitmap,x, y, null);
    }
}

2、開發物理引擎BallThread類的代碼

     這次物理引擎的工作機制：

• 座標系統
• 運動階段
• 數值計算
• 爲零判斷

package wyf.wpf;                //聲明包語句
//繼承自Thread的線程類，負責修改球的位置座標
public class BallThread extends Thread{
    Movable father;     //Movable對象引用
    boolean flag = false;   //線程執行標誌位
    int sleepSpan = 30;     //休眠時間
    float g = 200;      //球下落的加速度
    double current; //記錄當前時間
    //構造器：初始化Movable對象引用及線程執行標誌位
    public BallThread(Movable father){
        this.father = father;
        this.flag = true;       //設置線程執行的標誌位爲true
    }
    //方法：負責根據物理公式修改小球位置，並檢測和處理小球達到最高點以及撞擊地面的事件
    public void run(){
        while(flag){
            current = System.nanoTime();//獲取當前時間，單位爲納秒
            double timeSpanX = (double)((current-father.timeX)/1000/1000/1000);//獲取從玩家開始到現在水平方向走過的時間
            //處理水平方向上的運動
            father.x = (int)(father.startX + father.v_x * timeSpanX);
            //處理豎直方向上的運動
            if(father.bFall){//判斷球是否已經移出擋板
                double timeSpanY = (double)((current - father.timeY)/1000/1000/1000);
                father.y = (int)(father.startY + father.startVY * timeSpanY + timeSpanY*timeSpanY*g/2);
                father.v_y = (float)(father.startVY + g*timeSpanY);
                //判斷小球是否到達最高點
                if(father.startVY < 0 && Math.abs(father.v_y) <= BallView.UP_ZERO){
                    father.timeY = System.nanoTime();           //設置新的運動階段豎直方向上的開始時間
                    father.v_y = 0;                             //設置新的運動階段豎直方向上的實時速度
                    father.startVY = 0;                         //設置新的運動階段豎直方向上的初始速度
                    father.startY = father.y;                   //設置新的運動階段豎直方向上的初始位置
                }
                //判斷小球是否撞地
                if(father.y + father.r*2 >= BallView.GROUND_LING && father.v_y >0){//判斷撞地條件
                    //改變水平方向的速度
                    father.v_x = father.v_x * (1-father.impactFactor);  //衰減水平方向上的速度
                    //改變豎直方向的速度
                    father.v_y = 0 - father.v_y * (1-father.impactFactor);      //衰減豎直方向上的速度並改變方向
                    if(Math.abs(father.v_y) < BallView.DOWN_ZERO){  //判斷撞地後的速度，太小就停止
                        this.flag = false;
                    }
                    else{   //撞地後的速度還可以彈起繼續下一階段的運動
                        //撞地之後水平方向的變化
                        father.startX = father.x;           //設置新的運動階段的水平方向的起始位置
                        father.timeX = System.nanoTime();   //設置新的運動階段的水平方向的開始時間
                        //撞地之後豎直方向的變化
                        father.startY = father.y;       //設置新的運動階段豎直方向上的起始位置
                        father.timeY = System.nanoTime();   //設置新的運動階段豎直方向開始運動的時間
                        father.startVY = father.v_y;    //設置新的運動階段豎直方向上的初速度
                    }
                }
            }
            else if(father.x + father.r/2 >= BallView.WOOD_EDGE){//判斷球是否移出了擋板
                father.timeY = System.nanoTime();       //記錄球豎直方向上的開始運動時間
                father.bFall = true;                //設置表示是否開始下落標誌位
            }
            try{
                Thread.sleep(sleepSpan);        //休眠一段時間
            }
            catch(Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3、視圖類--開發BallView類的代碼

 

package wyf.wpf;        //聲明包語句
import java.util.ArrayList;     //引入相關類
import java.util.Random;        //引入相關類
import android.content.Context; //引入相關類
import android.content.res.Resources;   //引入相關類
import android.graphics.Bitmap;         //引入相關類
import android.graphics.BitmapFactory;  //引入相關類
import android.graphics.Canvas;         //引入相關類
import android.graphics.Color;          //引入相關類
import android.graphics.Paint;          //引入相關類
import android.view.SurfaceHolder;      //引入相關類
import android.view.SurfaceView;        //引入相關類
//繼承自SurfaceView的子類 ，需要實現SurfaceHolder.callback接口
public class BallView extends SurfaceView implements SurfaceHolder.Callback{
    public static final int V_MAX=35;   //小球水平速度的最大值
    public static final int V_MIN=15;   //小球豎直速度的最大值
    public static final int WOOD_EDGE = 60; //木板的右邊沿的x座標
    public static final int GROUND_LING = 450;//遊戲中代表地面y座標，小球下落到此會彈起
    public static final int UP_ZERO = 30;   //小球在上升過程中，如果速度大小小於該值就算爲0
    public static final int DOWN_ZERO = 60; //小球在撞擊地面後，如果速度大小小於該值就算爲0
    Bitmap [] bitmapArray = new Bitmap[6];  //各種顏色形狀的小球圖片引用
    Bitmap bmpBack;     //背景圖片對象
    Bitmap bmpWood;     //木板圖片對象
    String fps="FPS:N/A";       //用於顯示幀速率的字符串，調試使用
    int ballNumber =8;  //小球數目
    ArrayList<Movable> alMovable = new ArrayList<Movable>();    //小球對象數組
    DrawThread dt;  //後臺屏幕繪製線程

    public BallView(Context activity){
        super(activity);                //調用父類構造器
        getHolder().addCallback(this);
        initBitmaps(getResources());    //初始化圖片
        initMovables();                 //初始化小球
        dt = new DrawThread(this,getHolder());      //初始化重繪線程
    }
    //方法：初始化圖片
    public void initBitmaps(Resources r){
        bitmapArray[0] = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.ball_red_small);    //紅色較小球
        bitmapArray[1] = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.ball_purple_small); //紫色較小球
        bitmapArray[2] = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.ball_green_small);  //綠色較小球
        bitmapArray[3] = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.ball_red);          //紅色較大球
        bitmapArray[4] = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.ball_purple);       //紫色較大球
        bitmapArray[5] = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.ball_green);        //綠色較大球
        bmpBack = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.back);                     //背景磚牆
        bmpWood = BitmapFactory.decodeResource(r, R.drawable.wood);                     //木板
    }
    //方法：初始化小球
    public void initMovables(){
        Random r = new Random();    //創建一個Random對象
        for(int i=0;i<ballNumber;i++){
            int index = r.nextInt(32);      //產生隨機數
            Bitmap tempBitmap=null;         //聲明一個Bitmap圖片引用
            if(i<ballNumber/2){
                tempBitmap = bitmapArray[3+index%3];//如果是初始化前一半球，就從大球中隨機找一個
            }
            else{
                tempBitmap = bitmapArray[index%3];//如果是初始化後一半球，就從小球中隨機找一個
            }
            Movable m = new Movable(0,70-tempBitmap.getHeight(),tempBitmap.getWidth()/2,tempBitmap);    //創建Movable對象
            alMovable.add(m);   //將新建的Movable對象添加到ArrayList列表中
        }
    }
    //方法：繪製程序中所需要的圖片等信息
    public void doDraw(Canvas canvas) {
        canvas.drawBitmap(bmpBack, 0, 0, null); //繪製背景圖片
        canvas.drawBitmap(bmpWood, 0, 60, null);//繪製木板圖片
        for(Movable m:alMovable){   //遍歷Movable列表，繪製每個Movable對象
            m.drawSelf(canvas);
        }
        Paint p = new Paint();  //創建畫筆對象
        p.setColor(Color.BLUE); //爲畫筆設置顏色
        p.setTextSize(18);      //爲畫筆設置字體大小
        p.setAntiAlias(true);   //設置抗鋸齒
        canvas.drawText(fps, 30, 30, p);    //畫出幀速率字符串
    }
    @Override
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,
            int height) {//重寫surfaceChanged方法
    }
    @Override
    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {//從寫surfaceCreated方法
        if(!dt.isAlive()){  //如果DrawThread沒有啓動，就啓動這個線程
            dt.start();
        }
    }
    @Override
    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {//重寫surfaceDestroyed方法
        dt.flag = false;    //停止線程的執行
        dt = null;          //將dt指向的對象聲明爲垃圾
    }
}

4、繪製線程--DrawThread類

主要負責定時重繪屏幕和計算幀速率

 

package wyf.wpf;                //聲明包語句
import android.graphics.Canvas;     //引入相關類
import android.view.SurfaceHolder;  //引入相關類
public class DrawThread extends Thread{
    BallView bv;                //BallView對象引用
    SurfaceHolder surfaceHolder;//SurfaceHolder對象引用
    boolean flag=false;         //線程執行標誌位
    int sleepSpan = 30;         //休眠時間
    long start = System.nanoTime(); //記錄起始時間，該變量用於計算幀速率
    int count=0;        //記錄幀數，該變量用於計算幀速率
    //構造器
    public DrawThread(BallView bv,SurfaceHolder surfaceHolder){
        this.bv = bv;       //爲BallView對象應用賦值
        this.surfaceHolder = surfaceHolder; //爲SurfaceHolder對象應用賦值
        this.flag = true;       //設置標誌位
    }
    //方法：線程的執行方法，用於繪製屏幕和計算幀速率
    public void run(){
        Canvas canvas = null;//聲明一個Canvas對象
        while(flag){
            try{
                canvas = surfaceHolder.lockCanvas(null);//獲取BallView的畫布
                synchronized(surfaceHolder){
                    bv.doDraw(canvas);      //調用BallView的doDraw方法進行繪製
                }
            }
            catch(Exception e){
                e.printStackTrace();            //捕獲並打印異常
            }
            finally{
                if(canvas != null){     //如果canvas不爲空
                    surfaceHolder.unlockCanvasAndPost(canvas);//surfaceHolder解鎖並將畫布對象傳回
                }
            }
            this.count++;
            if(count == 20){    //如果計滿20幀
                count = 0;      //清空計數器
                long tempStamp = System.nanoTime();//獲取當前時間
                long span = tempStamp - start;      //獲取時間間隔
                start = tempStamp;                  //爲start重新賦值
                double fps = Math.round(100000000000.0/span*20)/100.0;//計算幀速率
                bv.fps = "FPS:"+fps;//將計算出的幀速率設置到BallView的相應字符串對象中
            }
            try{
                Thread.sleep(sleepSpan);        //線程休眠一段時間
            }
            catch(Exception e){
                e.printStackTrace();        //捕獲並打印異常
            }
        }
    }
}

5、Activity代碼

 

package wyf.wpf;        //聲明包語句
import android.app.Activity;    //引入相關類
import android.os.Bundle;   //引入相關類
import android.view.Window;//引入相關類
import android.view.WindowManager;//引入相關類
//繼承自Activity的引用
public class Sample_7_1 extends Activity {
    BallView bv;        //BallView對象引用
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);      //設置不顯示標題
        getWindow().setFlags(                                   //設置爲全屏模式
                WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN,
                WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN);
        bv = new BallView(this);    //創建BallView對象
        setContentView(bv);         //將屏幕設置爲BallView對象
    }
}