net: [[C#]]

1. 模拟小球的自由落体运动，直至小球静止不动。

以下是使用C#语言和Windows Forms应用程序在窗体上实现模拟自由落体运动的示例代码：

创建Form1.cs文件并插入以下代码：

using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;

namespace FreeFallSimulation
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        private const double Gravity = 9.81; // 重力加速度

        private double _time = 0; // 时间
        private double _velocity = 0; // 速度
        private double _displacement = 0; // 位移
        private double _initialHeight = 200; // 小球的初始高度

        private readonly int _ballRadius = 20; // 小球的半径
        private readonly int _updateInterval = 16; // 界面更新的间隔，单位为毫秒

        private Timer _timer; // 定时器
        private Point _ballPosition; // 小球的位置

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            InitializeTimer();
            InitializeBallPosition();
        }

        private void InitializeTimer()
        {
            _timer = new Timer();
            _timer.Interval = _updateInterval;
            _timer.Tick += Timer_Tick;
        }

        private void InitializeBallPosition()
        {
            _ballPosition = new Point(ClientSize.Width / 2 - _ballRadius / 2, Convert.ToInt32(_initialHeight));
        }

        private void Timer_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            Simulation(); // 模拟自由落体运动
            UpdateBallPosition(); // 更新小球的位置
            Invalidate(); // 刷新界面
        }

        private void Simulation()
        {
            _time += _updateInterval / 1000.0; // 计算时间
            _displacement = _initialHeight + 0.5 * Gravity * _time * _time; // 计算位移
            _velocity = -Gravity * _time; // 计算速度

            if (_displacement < 0) // 小球落到底部停止运动
            {
                _displacement = 0;
                _velocity = 0;
                _timer.Stop();
            }
        }

        private void UpdateBallPosition()
        {
            _ballPosition.Y = Convert.ToInt32(_displacement);
        }

        private void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
        {
            Graphics g = e.Graphics;
            g.FillEllipse(Brushes.Red, _ballPosition.X, _ballPosition.Y, _ballRadius, _ballRadius);
        }

        private void Form1_MouseClick(object sender, MouseEventArgs e)
        {
            if (e.Button == MouseButtons.Left)
            {
                _time = 0;
                _velocity = 0;
                _initialHeight = e.Location.Y;
                InitializeBallPosition();
                _timer.Start();
            }
        }
    }
}

运行程序并单击窗体中的任意位置，程序将启动模拟自由落体运动，直至小球停止不动。

注：本示例程序中，使用定时器每隔16毫秒更新界面，模拟小球自由落体运动；单击鼠标左键，程序将重新计算小球的初始高度，并从头开始模拟自由落体运动。

2. 在矩形内小球碰撞运动

以下是使用C#语言和Windows Forms应用程序在窗体上实现小球在矩形框中运动的示例代码：

创建Form1.cs文件并插入以下代码：

using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;

namespace RectangleSimulation
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        private const double Gravity = 9.81; // 重力加速度
        private const double CoefficientOfRestitution = 0.8; // 弹性系数，即碰撞后速度变化的比例

        private readonly int _ballRadius = 20; // 小球的半径
        private readonly int _rectangleMargin = 30; // 矩形框与窗体边缘的间隔
        private readonly int _updateInterval = 16; // 界面更新的间隔，单位为毫秒

        private Timer _timer; // 定时器
        private Point _ballPosition; // 小球的位置
        private Size _ballVelocity; // 小球的速度
        private Rectangle _rectangle; // 矩形框

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            InitializeTimer();
            InitializeBall();
            InitializeRectangle(ClientSize);
        }

        private void InitializeTimer()
        {
            _timer = new Timer();
            _timer.Interval = _updateInterval;
            _timer.Tick += Timer_Tick;
        }

        private void InitializeBall()
        {
            _ballPosition = new Point(ClientSize.Width / 2 - _ballRadius / 2, ClientSize.Height / 2 - _ballRadius / 2);
            _ballVelocity = new Size(0, 0);
        }

        private void InitializeRectangle(Size clientSize)
        {
            _rectangle = new Rectangle(_rectangleMargin, _rectangleMargin, clientSize.Width - _rectangleMargin * 2, clientSize.Height - _rectangleMargin * 2);
        }


        private void Timer_Tick(object sender, EventArgs e)
        {
            Simulation(); // 模拟运动
            UpdateBallPosition(); // 更新小球的位置
            CheckCollision(); // 检测碰撞
            Invalidate(); // 刷新界面
        }

        private void Simulation()
        {
            double timeInterval = _updateInterval / 1000.0; // 时间间隔，单位为秒

            // 计算速度
            _ballVelocity.Height = Convert.ToInt32(_ballVelocity.Height + Gravity * timeInterval);
            _ballVelocity.Width = Convert.ToInt32(_ballVelocity.Width);

            // 计算位移
            _ballPosition.X += _ballVelocity.Width;
            _ballPosition.Y += _ballVelocity.Height;
        }

        private void UpdateBallPosition()
        {
            // 将小球移回矩形框内，以防止小球越界
            if (_ballPosition.X < _rectangle.Left)
            {
                _ballPosition.X = _rectangle.Left;
            }
            else if (_ballPosition.X + _ballRadius > _rectangle.Right)
            {
                _ballPosition.X = _rectangle.Right - _ballRadius;
            }
            if (_ballPosition.Y < _rectangle.Top)
            {
                _ballPosition.Y = _rectangle.Top;
            }
            else if (_ballPosition.Y + _ballRadius > _rectangle.Bottom)
            {
                _ballPosition.Y = _rectangle.Bottom - _ballRadius;
            }
        }

        private void CheckCollision()
        {
            // 检测与矩形框四壁的碰撞
            if (_ballPosition.X < _rectangle.Left || _ballPosition.X + _ballRadius > _rectangle.Right)
            {
                _ballVelocity.Width = -Convert.ToInt32(_ballVelocity.Width * CoefficientOfRestitution);
            }
            if (_ballPosition.Y < _rectangle.Top || _ballPosition.Y + _ballRadius > _rectangle.Bottom)
            {
                _ballVelocity.Height = -Convert.ToInt32(_ballVelocity.Height * CoefficientOfRestitution);
            }
        }

        private void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
        {
            Graphics g = e.graphics
            g.FillRectangle(Brushes.White, ClientRectangle); // 清空缓冲图像
            g.FillEllipse(Brushes.Red, _ballPosition.X, _ballPosition.Y, _ballRadius, _ballRadius); // 绘制小球
            g.DrawRectangle(Pens.Black, _rectangle); // 绘制矩形框
            e.Graphics.DrawImage(_backBuffer, 0, 0); // 绘制缓冲图像
        }

        private void Form1_MouseClick(object sender, MouseEventArgs e)
        {
            if (e.Button == MouseButtons.Left)
            {
                _ballPosition = e.Location;
                _ballVelocity = new Size(0, 0);
                _timer.Start();
            }
        }
    }
}

运行程序并单击窗体中的任意位置，程序将启动小球在矩形框中运动，碰到矩形框四壁将发生反弹。程序使用双缓冲消除闪烁。

游戏技术基础：实验记录七

1. 模拟小球的自由落体运动，直至小球静止不动。

2. 在矩形内小球碰撞运动

References