Постановка задачи
В прямоугольной рамке, равной поверхности экрана, движутся N мячей, радиусами r1,…,rn. Они соударяются между собой, ударяются о края рамки. Начальное положение и вектор скорости для каждого шара случайные. Написать программу, моделирующую и отображающую на экране их движение. Удары считать абсолютно упругими, силу трения не учитывать.
Спецификация
Входные данные:
Информация, вводимая в специальном окне: для каждого графического объекта задается радиус, составляющие.
Выходные данные:
Графический интерфейс в виде диалогового окна позволяющий добавлять мячи, под средством вызова специального диалогового окна, изменять данные прямо в процессе работы программы без ее остановки, прерывать программу.
Программа должна:
Реализовать перемещение n-ого количества мячей которые отталкиваются от границ заданной области и друг от друга согласно правилам упругого удара.
Методика решения
Написание программы производилось в три основных этапа: разработка иерархии классов, описание собственно алгоритма программы, разработка графического интерфейса и объединение двух первых пунктов в единое целое.
Задачу можно разбить на 3 блока:
Задание начальных параметров (который происходит в режиме диалога).
Непосредственно работы программы, т.е. реализация упругого столкновения мячей.
Возможность добавления объектов и изменения данных во время работы программы.
Задание начальных параметров предполагает, прежде всего, инициализацию массива объектов класса, определение некоторых характеристик каждого объекта в соответствии с полями которые приписаны ему в описании класса.
Непосредственно работа программы подразумевает графическое отображение на экране монитора столкновение мячей с границей определенной области и друг с другом. Алгоритм реализации данной части программы будет описан ниже.
|
|
Также в программе реализована возможность добавлять, изменять и удалять мячи прямо в процессе исполнения программы. Создание и удаление объектов происходит под средством вызова определенных методов, а изменение свойств каждого объекта с помощью визуальных компонентов.
Организация данных
В программе описано два класса TBall и TBalls.
Класс TBall содержит поля, методы и свойства.
Поля:
_x,_y:integer; - координаты центра мяча по x и y.
_rad:integer; - радиус мяча.
_color:integer;- цвет мяча.
_dx:integer; - вектор скорости по x.
_dy:integer;- вектор скорости по y.
Методы:Create(rad,color,dx,dy,x,y:integer); - создание объекта.Destroy; override; -уничтожение объекта.
Свойства, позволяющие считывать и устанавливать значения соответствующих полей:
property x:integer read _x write _x;y:integer read _y write _y;rad:integer read _rad write _rad;color:integer read _color write _color;dx:integer read _dx write _dx;dy:integer read _dy write _dy;
Класс TBalls содержит массив мячей, каждый из которых это объект класса TBall.
Поля::array[0..100] of TBall; - массив мячей.
num: integer;- количество элементов в массиве.
Методы присущие данному классу:
function Add(x,y,dx,dy,col,rad:integer):boolean;- добавить мяч.
function del(n:integer):boolean;- удалить мяч.GetData(i:integer):TBall;- метод чтения.SetData(i:integer; Value:TBall);- метод записи.
Свойство позволяет получить информацию об объекте:
property Items[i:integer]:Tball read GetData write SetData;
Описание алгоритма
Алгоритм определения расчета движения мячей после соударения друг с другом:
|
|
Во вложенном цикле сравниваем каждый мячик по отдельности со всеми последующими. Для этого определяем расстояние между координатами центров и сравниваем с суммой радиусов. Если расстояние между центрами становится меньше суммы радиусов тогда по правилу упругого удара, меняем вектор скорости одного с другим. И после этого они продолжают перемещаться уже с другими скоростями. При этом для того, что бы не возникало никаких ошибок при столкновении их друг с другом, к координатам по x и по y прибавляем значение вектора скорости на данную ось и перерисовываем. Это позволяет избежать залипания мячей друг в друге, из за различных значений векторов скорости одного и другого.
Алгоритм проверки на соударение каждого мяча с границами экрана:
Мы должны проверить на достижения мячом границ определенной площади экрана, для этого определяем его границу и сравниваем с количеством пикселей по данной оси. Если выполняется одно из условий тогда изменяем вектор скорости на противоположный по данной оси. И после проделываем тоже самое для следующего шарика. Также учитываем, что мяч может перескочить через границу из за большого значения вектора скорости, во избежание данного события сделаем также как и при столкновении мячей, друг с другом, т.е. откинем мяч назначение вектора скорости от границы по каждой оси при их столкновении.
Текст программы
Приведем описание классов:
unit Unit2;Windows, SysUtils, Classes, Graphics, Math;=class
_x,_y: integer;
_rad: integer;
_color: integer;
_dx: integer;
_dy: integer;Create(rad,color,dx,dy,x,y:integer);Destroy; override;x:integer read _x write _x;y:integer read _y write _y;rad:integer read _rad write _rad;color:integer read _color write _color;dx:integer read _dx write _dx;dy:integer read _dy write _dy;;=classGetData(i:integer):TBall;SetData(i:integer; Value:TBall);:array[0..100] of TBall;: integer;Create;Destroy; override;Add(x,y,dx,dy,col,rad:integer):boolean;del(n:integer):boolean;Items[i:integer]:Tball read GetData write SetData;;TBall.Create(rad,color,dx,dy,x,y:integer);
|
|
_x:=x;
_y:=y;
_rad:=rad;
_color:= color;
_dx:= dx;
_dy:= dy;;TBall.Destroy;;;TBalls.Create;:=0;;TBalls.Destroy;i:integer;i:=0 to num-1 do[i].Destroy;;;TBalls.GetData(i:integer):TBall;:=Balls[i];;TBalls.SetData(i:integer; Value:TBall);[i]:=Value;;Tballs.Add(x,y,dx,dy,col,rad:integer):boolean;(num<101)and(num>=0) then begin[num]:=TBall.Create(rad,col,dx,dy,x,y);:=num+1;:=true;:=false;;Tballs.del(n:integer):boolean;i:integer;(n<num)and(n>=0) then begin[n].Destroy;i:=n to num-2 do[i]:=Balls[i+1];:=num-1;:=true;:=false;
end;.
Методика тестирования
При проведении тестирования необходимо проверить:
Правильно ли обрабатываются щелчки мыши.
Корректно ли происходит соударение мячей в заданной области экрана.
Корректность работы графического интерфейса.
Прочие различные ситуации, при которых корректность работы программы трудно предсказать.
данные программа алгоритм
Результаты тестирования
| Ситуация во время работы программы | Ожидаемый результат | Результат работы программы |
| Обычная работа программы с вводом всех данных. | Корректная работа. | Корректная работа. |
| При создании достаточно большого количества объектов (>30). | Корректная работа. | Возможно залипание мячей друг на друге или на границах (бывает очень редко) |
| При изменении радиуса мяча, на такое значение при котором он перекрывает границе. | Корректная работа. | Залипание мяча на границе. |
| На маломощных машинах при создании достаточно большого количества объектов. | Корректная работа. | Возможно медленная работа программы и частое мерцание мячей из за перерисовки. |
Список литературы
1. Задорина Н.А., Сухарева И.В. Объектно-ориентированное программирование: Практикум. - Рыбинск: РГАТА, 2006. - 52 с.
2. Рапаков Г.Г., Ржэуцкая С.Ю. Turbo Pascal для студентов и школьников. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 352 с.
. Архангельский А.Я. Приёмы программирования в DELPHI. - М.: Изд-во Бином, 2004. - 828 с.