Программа, моделирующая прыгающий мяч

Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих предметов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Модель — объект произвольной природы, который отражает главные, с точки зрения решаемой задачи, свойства объекта моделирования.

Моделирование повсеместно используется в науке, так как является упрощенным, а иногда и единственным методом получении информации о свойствах объекта, его диагностики, а также прогнозировании.

В данном примере мы рассматриваем мяч — мягкий упругий предмет сферической либо овальной формы, в основном используемый в спортивных играх.

Цель работы

Целью работой является разработка программы на языке C#, моделирующей поведение мяча в закрытом безвоздушном пространстве. Пользователь должен иметь возможность изменять значения гравитации, и трения о стены.

программа схема блок код

Описание проекта

Интерфейсом программы является форма (рис.1).

Рис. 1. Интерфейс программы

Основная форма содержит:

1. Основное поле, по которому прыгает мяч.

2. Полосы прокрутки Gravity и Friction, отвечающие за гравитацию и трение соответственно. Значения выбираются по десятибалльной шкале. Значение 0 означает полное отсутствие гравитации или трения о стенки.

3. Кнопка Bounce придаёт мячу случайную скорость в случайном направлении.

4. Кнопка Defaults возвращает первоначальные значения гравитации и трения.

5. Щелчком правой кнопкой мыши по полю вызывается контекстное меню. Stop обнуляет скорость мяча. Pause приостанавливает движение мяча. Повторный щелчок на Pause возобновит движение мяча.

6. Если движение мяча приостановлено, то в нижнем правом углу появляется надпись «Paused».

Если кинетическая энергия мяча близка к нулю, и он лежит на нижней границе поля, то он автоматически прыгнет в произвольную сторону с произвольной скоростью.

Пользователь также может перетаскивать мяч левой кнопкой мыши по его полю.

Окно формы можно растянуть, либо развернуть во весь экран.

Блок-схема программы

Блок-схема программы имеет вид (рис.2).

Рис. 2. Блок-схема программы

Основной код программы

Следующим образом мяч совершает прыжки по полю.

public void timer1_Tick (object sender, EventArgs e)

{

// Создаётся Bitmap, из которого будет рисоваться мяч.

bmp = new Bitmap (pictureBox1. Width, pictureBox1. Height);

g = Graphics. FromImage (bmp);

rand = new Random ();

// При первой загрузке, мяч появляется из случайного места поля.

if (l! =true) {

X = rand. Next (6, pictureBox1. Size. Width — 56);

Y = rand. Next (6, pictureBox1. Size. Height — 56);

}

l = true;

col = pictureBox1. BackColor;

col2 = Color. Black;

p = new Pen (col1);

black = new Pen (col2,6);

SolidBrush redBrush = new SolidBrush (col1);

SolidBrush white = new SolidBrush (col);

// Вычисление трения по значениям trackBar2. Как видно, фронтальное столкновение забирает больше энергии, чем поперечное.

if (trackBar2. Value! = 0)

{

trenieX = (trackBar2. Value — ((trackBar2. Value — 1) + (trackBar2. Value — 1) / 10.0)) * 0.75;

trenieY = (trackBar2. Value — ((trackBar2. Value — 1) + (trackBar2. Value — 1) / 10.0)) * 0.95;

}

else { trenieX = 1; trenieY = 1; }

moveY += gravity;

// Очистка поля.

g. Clear (pictureBox1. BackColor);

X += moveX;

Y += moveY;

X1 = (float) X;

Y1 = (float) Y;

// Отрисовка мяча.

g. DrawEllipse (black, X1, Y1, 50, 50);

g. FillEllipse (redBrush, X1, Y1, 50, 50);

pictureBox1. Image = bmp;

// Проверка столкновения с границами поля.

if (X <= 0)

{

X = 0;

moveX = - moveX;

moveX *= trenieX;

moveY *= trenieY;

}

if (X >= pictureBox1. Size. Width — 56)

{

X = pictureBox1. Size. Width — 56;

moveX = - moveX;

moveX *= trenieX;

moveY *= trenieY;

}

if (Y <= 0)

{

Y = 0;

moveY = - moveY;

moveY *= trenieX;

moveX *= trenieY;

}

if (Y >= pictureBox1. Size. Height — 56)

{

Y = pictureBox1. Size. Height — 56;

moveY = - moveY;

moveY *= trenieX;

moveX *= trenieY;

}

if ((! pss) && (! tah))

{

// Заставляем мяч прыгнуть.

if ((Math. Abs (moveX) <= 0.1 && Math. Abs (moveY) <= 0.86 && DateTime. Now. Second % 3 == 0 && Y >= pictureBox1. Size. Height — 60) && (bounc))

{

moveX = (rand. NextDouble () + rand. NextDouble ()) — 1;

moveY = - (rand. NextDouble ());

moveX *= 50;

moveY *= 50;

X += moveX;

Y += moveY;

}

}

}

}

Вывод

Итак, мы получили простую и увлекательную программу, моделирующую прыгающий мяч. С помощью ввода различных значений трения и гравитации, а также изменения размера поля, можно получить и исследовать различные результаты.

Дальнейшее развитие программы можно вести в двух направлениях: в улучшении физической части, и графической. В физической части можно добавить сопротивление воздушной среды, вывод реальной скорости мяча, а также привязать значения гравитации и трения к конкретным значениям g и µ. В графической части можно добавить третье измерение, и рассматривать поведения мяча в пространстве.

Список используемой литературы

1. Жарков В. А. Самоучитель Жаркова по анимации и мультипликации в Visual C#.net 2003. — М.: Жарков Пресс, 2003. — 432 с.