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toxiclibs中的粒子和弹簧

大龙10 2023-09-21 原文

书名：代码本色：用编程模拟自然系统
作者：Daniel Shiffman
译者：周晗彬
ISBN：978-7-115-36947-5
目录

5.16　toxiclibs中的粒子和弹簧

1、粒子

  • 在Box2D的例子中，我们创建了自己的类（比如Particle类），并在其中加入了一个Box2D物体对象变量。
class Particle {
    Body body;
  • 这样的实现方式显得有些多余，因为Box2D在内部维护了所有物体对象。但是，这种写法允许我们直接获取物体对象的某些信息（继而得到物体的绘制方式），而不需要遍历Box2D内部的对象列表。
  • 让我们看看如何将同样的方法作用在toxiclibs的VerletParticle2D类中。为了方便地绘制粒子对象，并在粒子中加入某些自定义属性，我们还是要定义自己的Particle类。代码如下所示：
class Particle {
    VerletParticle2D p; 粒子对象有一个指向VerletParticle对象的引用
    Particle(Vec2D pos) {
    p = new VerletParticle2D(pos); VerletParticle对象需要一个初始位置（x坐标和y坐标）
}
void display() {
    fill(0,150);
    stroke(0);
    ellipse(p.x,p.y,16,16); 当我们在绘制粒子时，需要向VerletParticle对象询问x坐标和y坐}
}
  • 从上面的代码可以看出，绘制粒子是一件很简单的事，可以直接使
    用VerletParticle2D对象的x坐标和y坐标，不需要烦琐的坐标转换，因为toxiclibs用的就是像素坐标。
  • 除此之外，你还会发现这个粒子类只有一个作用，那就是存放VerletParticle2D对象的引用。请回顾第4章讨论的继承特性：这也是一个粒子系统，除了存放VerletParticle2D对象的引用，粒子对象还有什么其他特性？我们是否可以让Particle类继承VerletParticle2D类？
class Particle extends VerletParticle2D {
    Particle(Vec2D loc) {
    super(loc); 调用super()函数，确保对象以正确的方式初始化
}
void display() { 我们只需要实现一个display()函数
     fill(175);
    stroke(0);
    ellipse(x,y,16,16); 从VerletParticle类中继承了x坐标和y坐标
  }
}
  • 还记得Box2D示例程序的处理步骤吗？我们需要向Box2D物体对象询问它的位置，再将坐标转换为像素坐标，最后根据转换后的坐标绘图。在这里，由于我们从VerletParticle2D类中继承了所有功能，剩下的任务只是根据x坐标和y坐标处绘制图形！
    顺便再提一点，VerletParticle2D类是Vec2D的子类，因此除了从VerletParticle2D继承的特性，我们的粒子类还有Vec2D对象的所有功能。现在，我们可以在Sketch的任意位置创建粒子对象。
Particle p1 = new Particle(new Vec2D(100,20));
Particle p2 = new Particle(new Vec2D(100,180));
  • 仅仅创建一个粒子是不够的，还应该用addParticle()函数将粒子对象添加到物理世界中。
physics.addParticle(p1);
physics.addParticle(p2);
  • 从toxiclibs的文档中可以看到，addParticle()函数的参数是一个VerletParticle2D对象。
addParticle(VerletParticle2D particle);
  • 如何在addParticle()函数中传入自己的粒子对象？面向对象编程中有多态特性，由于Particle类继承自VerletParticle2D类，我们可以把这个粒子实例当作两种对象——Particle对象和VerletParticle2D对象。这是面向对象编程中一个很强大的特性。如果自定义类都继承自toxiclibs的类，它们就可以直接将其用在toxiclibs物理库中。

2、弹簧

  除了VerletParticle类，toxiclibs还提供了一些连接粒子的弹簧类。toxiclibs有3种类型的弹簧。

  • VerletSpring　
    该类在两个粒子之间创建连接，包括刚性连接和弹性连接。其
    中的某个粒子可以被固定，只有弹簧的另一端可以移动。
  • VerletConstrainedSpring　
    可以通过VerletConstrainedSpring对象限
    制连接的最大长度，这样弹性系统具有较好的稳定性。
  • VerletMinDistanceSpring　
    VerletMinDistanceSpring对象可以保证物体之间的距离不小于静止长度，如果你想让物体之间保持一定距离，但不关心它们之间的最大距离，可以使用这个类。

  前面提到的继承和多态技术同样适用于弹簧对象的创建，创建一个弹簧对象需要传入两个VerletParticle对象，由于我们的Particle类继承自VerletParticle对象，因此VerletSpring的构造函数也接受粒子对象作为参数。以下代码展示了如何在粒子对象p1和p2之间创建一个弹性连接，该连接有指定的静止长度和弹性强度。

float len = 80; 弹簧的静止长度
float strength = 0.01; 弹簧的强度
VerletSpring2D spring=new VerletSpring2D(p1,p2,len,strength);
  • 和粒子一样，为了让弹簧成为toxiclibs物理世界的一部分，我们需要在物理世界中添加这个对象。
physics.addSpring(spring);
toxiclibs中VerletParticleVerletParticle2DVerletParticle2

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