創(chuàng)意編程作業(yè)——互動(dòng)編程習(xí)作——表現(xiàn)隨機(jī)行為及牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)
繼上兩次創(chuàng)意編程作業(yè)之后，此次實(shí)驗(yàn)采用了有代碼參考的processing，對(duì)《代碼本色》之中的0-4章內(nèi)容進(jìn)行理解。
第0章 引言
此章主要內(nèi)容為隨即行為與噪聲函數(shù)
習(xí)作：
本章的習(xí)作想法是用Perlin Noise去實(shí)現(xiàn)一些小立方體的體積隨機(jī)變化
void setup(){
? size(500, 400, P3D);?
? background(100,100,100);
}
float t = 0;
float a=0;
void draw(){
? ++t;
? clear();
? for (int x = 0; x < width; x += 50){
? ? for (int y = 0; y < height; y += 50){
? ? ? int z=0;
? ? ? ? float n = noise(0.05*(x), 0.05*(y), 0.05*(z+t));
? ? ? ? translate(x,y,0);
? ? ? ?float b;
? ? ? ? a++;
? ? ? ? b=0.002*a;
? ? ? ? fill(b,255-b,0.5*b);
? ? ? ? box(n*50);
? ? ? ? translate(-x,-y,0);
? ? ? rotateX(PI/7);
? ? }
? }
}
通過隨時(shí)間變化的變量t和變量 n，接收 noise()函數(shù)的值，產(chǎn)生隨機(jī)產(chǎn)生的噪聲值，立方體的大小通過n來表現(xiàn)，以下是表現(xiàn)效果預(yù)覽：
第一章 向量
此章主要內(nèi)容為processing中向量是如何表現(xiàn)的，以及向量之間的加減乘除等各種計(jì)算的變現(xiàn)方法，和向量的運(yùn)動(dòng)，對(duì)物理模擬有很重要的基礎(chǔ)作用。同時(shí)也對(duì)交互有了初步的接觸
習(xí)作：
關(guān)于此章節(jié)的習(xí)作，拓展自一組同時(shí)朝著鼠標(biāo)加速的運(yùn)動(dòng)物體。小球會(huì)朝著鼠標(biāo)的位置加速前進(jìn)，小球移動(dòng)到目的地后不會(huì)停下來。同時(shí)，可以通過交互（w，s）改變小球行動(dòng)速度
if(keyPressed){
? ? ? if(key == 'w'){
? ? ? ? topspeed =40;
? ? ? }
? ? ? if(key == 's'){
? ? ? ? topspeed =0;
? ? ? }
NOC_1_11_motion101_acceleration_array.pde:
Mover[] movers = new Mover[20];
void setup() {
? size(640,360);
? for (int i = 0; i < movers.length; i++) {
? ? movers[i] = new Mover();?
? }
}
void draw() {
??
? background(255);
? for (int i = 0; i < movers.length; i++) {
? ? movers[i].update();
? ? movers[i].display();?
? }
}
Mover.pde:
class Mover {
? // The Mover tracks position, velocity, and acceleration?
? PVector position;
? PVector velocity;
? PVector acceleration;
? // The Mover's maximum speed
? float topspeed;
? Mover() {
? ? // Start in the center
? ? position = new PVector(random(width),random(height));
? ? velocity = new PVector(0,0);
? ? topspeed = 5;
? }
? void update() {
? ??
? ? // Compute a vector that points from position to mouse
? ? PVector mouse = new PVector(mouseX,mouseY);
? ? acceleration = PVector.sub(mouse,position);
? ? // Set magnitude of acceleration
? ? //acceleration.setMag(0.2);
? ? acceleration.normalize();
? ? acceleration.mult(0.2);
? ? // Velocity changes according to acceleration
? ? velocity.add(acceleration);
? ? // Limit the velocity by topspeed
? ? if(keyPressed){
? ? ? if(key == 'w'){
? ? ? ? topspeed =40;
? ? ? }
? ? ? if(key == 's'){
? ? ? ? topspeed =0;
? ? ? }
? ? ? }
? ? velocity.limit(topspeed);
? ? // position changes by velocity
? ? position.add(velocity);
? }
? void display() {
? ? stroke(0);
? ? strokeWeight(2);
? ? fill(127,200);
? ? ellipse(position.x,position.y,48,48);
? }
}
小球會(huì)跟隨鼠標(biāo)進(jìn)行加速度運(yùn)動(dòng)，如果按下w，球體移動(dòng)會(huì)更快；按下s，小球停止
第二章 力
此章節(jié)主要講述了自然界常見重要力的在processing中的表現(xiàn)。包括牛頓定律的體現(xiàn)，引力，斥力，和摩擦力，阻力，萬有引力的體現(xiàn)和力的計(jì)算
習(xí)作：
關(guān)于此次習(xí)作，基本想法是在實(shí)現(xiàn)引力的同時(shí)，也會(huì)在一定程度上改變?yōu)槌饬?，進(jìn)行觀察受力小球的變化
?if (position.x > width) {
? ? ? position.x = 0;
? ? } else if (position.x < 0) {
? ? ? position.x = width;
? ? }
? ? if (position.y > height) {
? ? ? velocity.y *= -1;
? ? ? position.y = height;
? ? }
如此實(shí)現(xiàn)距離不同力的類型轉(zhuǎn)換，在此處還可以調(diào)整力的大小
NOC_2_6_attraction.pde:
Mover m;
Mover m1;
Attractor a;
void setup() {
? size(640,360);
? for(int i=0;i<3;i++){
? m = new Mover(1,300);?
? }
? m1=new Mover(1.2,0);
? a = new Attractor();
}
void draw() {
? background(255);
? PVector force = a.attract(m);
? m.applyForce(force);
? m.update();
? m1.applyForce(force);
? m1.update();
??
? a.drag();
? a.hover(mouseX,mouseY);
?
? a.display();
? m.display();
? m1.display();
}
void mousePressed() {
? a.clicked(mouseX,mouseY);?
}
void mouseReleased() {
? a.stopDragging();?
}
Attractor.pde:
class Attractor {
? float mass;? ? // Mass, tied to size
? float G;? ? ? ?// Gravitational Constant
? PVector position;? ?// position
? boolean dragging = false; // Is the object being dragged?
? boolean rollover = false; // Is the mouse over the ellipse?
? PVector dragOffset;? // holds the offset for when object is clicked on
? Attractor() {
? ? position = new PVector(width/2,height/2);
? ? mass = 20;
? ? G = 1;
? ? dragOffset = new PVector(0.0,0.0);
? }
? PVector attract(Mover m) {
? ? PVector force = PVector.sub(position,m.position);? ?
? ? float d = force.mag();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? d = constrain(d,5.0,25.0);? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? force.normalize();? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? float strength = (G * mass * m.mass) / (d * d);? ??
? ? if(d<10){
? ? ? strength=-strength;
? ? }
? ? force.mult(strength);? ? ?
? ? return force;
? }
? void display() {
? ? ellipseMode(CENTER);
? ? strokeWeight(4);
? ? stroke(0);
? ? if (dragging) fill (50);
? ? else if (rollover) fill(100);
? ? else fill(175,200);
? ? ellipse(position.x,position.y,mass*2,mass*2);
? }
? void clicked(int mx, int my) {
? ? float d = dist(mx,my,position.x,position.y);
? ? if (d < mass) {
? ? ? dragging = true;
? ? ? dragOffset.x = position.x-mx;
? ? ? dragOffset.y = position.y-my;
? ? }
? }
? void hover(int mx, int my) {
? ? float d = dist(mx,my,position.x,position.y);
? ? if (d < mass) {
? ? ? rollover = true;
? ? }?
? ? else {
? ? ? rollover = false;
? ? }
? }
? void stopDragging() {
? ? dragging = false;
? }
? void drag() {
? ? if (dragging) {
? ? ? position.x = mouseX + dragOffset.x;
? ? ? position.y = mouseY + dragOffset.y;
? ? }
? }
}
Mover.pde:
class Mover {
? PVector position;
? PVector velocity;
? PVector acceleration;
? float mass;
? Mover(float a,float b) {
? ? position = new PVector(b,50);
? ? velocity = new PVector(1,0);
? ? acceleration = new PVector(0,0);
? ? mass = a;
? }
? void applyForce(PVector force) {
? ? PVector f = PVector.div(force,mass);
? ? acceleration.add(f);
? }
? void update() {
? ? velocity.add(acceleration);
? ? position.add(velocity);
? ? acceleration.mult(0);
? }
? void display() {
? ? stroke(0);
? ? strokeWeight(2);
? ? fill(127);
? ? ellipse(position.x,position.y,16,16);
? }
? void checkEdges() {
? ? if (position.x > width) {
? ? ? position.x = 0;
? ? } else if (position.x < 0) {
? ? ? position.x = width;
? ? }
? ? if (position.y > height) {
? ? ? velocity.y *= -1;
? ? ? position.y = height;
? ? }
? }
}
小球在遠(yuǎn)離鼠標(biāo)操控的小球時(shí)小球呈現(xiàn)受到引力，而靠近時(shí)會(huì)出現(xiàn)斥力，具體表現(xiàn)更是會(huì)出現(xiàn)“捕獲小球”的現(xiàn)象
第三章 振蕩
本章主要將講述了由三角函數(shù)為基礎(chǔ)的振蕩運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，并由此可以實(shí)現(xiàn)一些更加復(fù)雜的帶有角度的力的計(jì)算
習(xí)作：
本章節(jié)的習(xí)作主要想實(shí)現(xiàn)小球能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)一個(gè)單擺的干涉，能夠產(chǎn)對(duì)單擺的排斥力，對(duì)它的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響
ch3.pde:
Bob bob;
Spring spring;
float flag=0;
float one=0;
Mover mover;
void setup() {
? size(800,500);
? spring = new Spring(width/2,10,100);?
? bob = new Bob(width/2,100);?
? mover = new Mover();
}
void draw()? {
? background(255);?
? mover.update();
? mover.display();
? PVector gravity = new PVector(0,2);
? PVector hit = new PVector(one,0);
? if(mover.location.x>400){
? ? one=random(-10,0);? ?
? ?}
? else{
? ? one=random(0,10);
? }
??
? if(mover.location.y>bob.location.y){
? flag=random(-1,0);
? }
? else{
? flag=random(0,10);
? }
? bob.applyForce(hit);
? bob.applyForce(gravity);
??
? spring.connect(bob);
??
??
? spring.display();?
? spring.displayLine(bob);
??
? bob.update();
? bob.display();?
}
Mover.pde:
class Mover {
? PVector location;
? PVector velocity;
? PVector acceleration;
? float topspeed;
? float xoff,yoff;
? float r = 16;
??
? Mover() {
? ? location = new PVector(width / 2,height / 2);
? ? velocity = new PVector(0,0);
? ? topspeed = 4;
? ? xoff = 100;
? ? yoff = 10;
? }
??
? void update() {
? ? PVector mouse = new PVector(mouseX,mouseY);
? ? PVector dir = mouse.get();
? ? dir.sub(location);
? ? dir.normalize();
? ? dir.mult(0.5);
? ? acceleration = dir;
? ??
? ? velocity.add(acceleration);
? ? velocity.limit(topspeed);
? ? location.add(velocity);
? }
??
? void display() {
? ??
? ??
? ? stroke(0);
? ? strokeWeight(2);
? ? fill(125);
? ? pushMatrix();
? ? rectMode(CENTER);
? ? translate(location.x,location.y);
? ? arc(0,0,20+0.1*mouseX,20+0.1*mouseX,0,2*PI);
? ? popMatrix();
? }
}
class PVector {
? float x;
? float y;
??
? PVector(float x_,float y_) {
? ? x = x_;
? ? y = y_;
? }
??
? PVector get() {
? ? PVector newVector = new PVector(x,y);
? ? return newVector;
? }
??
? void add(PVector v) {
? ? x = x + v.x;?
? ? y = y + v.y;
? }
??
? void sub(PVector v) {
? ? x = x - v.x;
? ? y = y - v.y;
? }
??
? void mult(float n) {
? ? x = x * n;
? ? y = y * n;
? }
??
? void div(float n) {
? ? x = x / n;
? ? y = y / n;
? }
??
? float mag() {
? ? ?return sqrt(x * x + y * y);?
? }
??
? void normalize() {
? ? float m = mag();
? ? if(m != 0) {
? ? ? div(m);??
? ? }
? }
??
? void limit(float max) {
? ? if(mag() > max) {
? ? ? normalize();
? ? ? mult(max);
? ? }
? }
??
? float heading2D() {
? ? return atan2(y,x);?
? }
}
class Bob {?
? PVector location;
? PVector velocity;
? PVector acceleration;
? float mass = 24;
??
? float damping = 0.95;
? Bob(float x, float y) {
? ? location = new PVector(x,y);
? ? velocity = new PVector(0,0);
? ? acceleration = new PVector(0,0);
? }?
? void update() {?
? ? velocity.add(acceleration);
? ? velocity.mult(damping);
? ? location.add(velocity);
? ? acceleration.mult(0);
? }
? void applyForce(PVector force) {
? ? PVector f = force.get();
? ? f.div(mass);
? ? acceleration.add(f);
? }
? void display() {?
? ? stroke(0);
? ? strokeWeight(2);
? ? fill(175);
? ? ellipse(location.x,location.y,mass+mouseX*0.1 ,mass+mouseX*0.1);
? }
}
Spring.pde:
class Spring {
? PVector anchor;
? float len;
? float k = 0.2;
??
? Spring(float x,float y,int l) {
? ? anchor = new PVector(x,y);
? ? len = l;
? }
??
? void connect(Bob b) {
? ? PVector force = b.location.get();
? ? force.sub(anchor);
? ??
? ? float d = force.mag();
? ? float stretch = (d - len);
? ??
? ? force.normalize();
? ? force.mult(-1 * k * stretch);
? ??
? ? b.applyForce(force);
? }
??
? void display() {?
? ? stroke(0);
? ? fill(175);
? ? strokeWeight(2);
? ? rectMode(CENTER);
? ? rect(anchor.x, 150, 10, 10);
? }
? void displayLine(Bob b) {
? ? strokeWeight(2);
? ? stroke(0);
? ? line(b.location.x, b.location.y, anchor.x, 150);
? }
}
這樣，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單擺運(yùn)動(dòng)的同時(shí)能夠使跟隨鼠標(biāo)的小球?qū)λa(chǎn)生斥力的效果
第四章 粒子系統(tǒng)
本章節(jié)主要講述了粒子系統(tǒng)的生成與實(shí)現(xiàn)，多態(tài)和繼承的簡(jiǎn)介與實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笠约傲?duì)粒子系統(tǒng)的影響效果實(shí)現(xiàn)
習(xí)作：
此章節(jié)的習(xí)作主要是實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)能產(chǎn)生排斥力組成實(shí)現(xiàn)排斥力的粒子系統(tǒng)
設(shè)置好力?v=new PVector(mouseX,mouseY);
ch4.pde:
ParticleSystem ps;
Repeller repeller;
void setup() {
? size(640,360);
? ps = new ParticleSystem(new PVector(width/2,50));
? repeller = new Repeller(width/2-20,height/2);
}
void draw() {
? background(255);
? ps.addParticle();
??
? // Apply gravity force to all Particles
? PVector gravity = new PVector(0,0.1);
? ps.applyForce(gravity);
??
? ps.applyRepeller(repeller);
??
? repeller.display();
? ps.run();
}
Particle.pde:
class Particle {
? PVector position;
? PVector velocity;
? PVector acceleration;
? float lifespan;
??
? float mass = 1; // Let's do something better here!
? Particle(PVector l) {
? ? acceleration = new PVector(0,0);
? ? velocity = new PVector(random(-1,1),random(-2,0));
? ? position = l.get();
? ? lifespan = 255.0;
? }
? void run() {
? ? update();
? ? display();
? }
? void applyForce(PVector force) {
? ? PVector f = force.get();
? ? f.div(mass);? ?
? ? acceleration.add(f);
? }
? // Method to update position
? void update() {
? ? velocity.add(acceleration);
? ? position.add(velocity);
? ? acceleration.mult(0);
? ? lifespan -= 1.0;
? }
? // Method to display
? void display() {
? ? stroke(0,lifespan);
? ? strokeWeight(2);
? ? fill(127,lifespan);
? ? ellipse(position.x-5+random(0,5),position.y-5+random(0,5),20,20);
? }
? // Is the particle still useful?
? boolean isDead() {
? ? if (lifespan < 0.0) {
? ? ? return true;
? ? } else {
? ? ? return false;
? ? }
? }
}
ParticleSystem.pde:
class ParticleSystem {
? ArrayList<Particle> particles;
? PVector origin;
? ParticleSystem(PVector position) {
? ? origin = position.get();
? ? particles = new ArrayList<Particle>();
? }
? void addParticle() {
? ? particles.add(new Particle(origin));
? }
? // A function to apply a force to all Particles
? void applyForce(PVector f) {
? ? for (Particle p: particles) {
? ? ? p.applyForce(f);
? ? }
? }
? void applyRepeller(Repeller r) {
? ? for (Particle p: particles) {
? ? ? PVector force = r.repel(p);? ? ? ??
? ? ? p.applyForce(force);
? ? }
? }
? void run() {
? ? for (int i = particles.size()-1; i >= 0; i--) {
? ? ? Particle p = particles.get(i);
? ? ? p.run();
? ? ? if (p.isDead()) {
? ? ? ? particles.remove(i);
? ? ? }
? ? }
? }
}
Repeller.pde:
class Repeller {
??
? // Gravitational Constant
? float G = 100;
? // position
? PVector position;
? float r = 10;
? Repeller(float x, float y)? {
? ? position = new PVector(x,y);
? }
? void display() {
? ? stroke(0);
? ? strokeWeight(2);
? ? fill(175);
? ? ellipse(mouseX,mouseY,48,48);
? }
? PVector repel(Particle p) {
? ? PVector v;
? ? ? v=new PVector(mouseX,mouseY);
? ? PVector dir = PVector.sub(v,p.position);? ? ?
? ? float d = dir.mag();? ? ? ? ? ??
? ? dir.normalize();? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? d = constrain(d,5,100);? ? ? ? ? ? ? ??
? ? float force = -1 * G / (d * d);? ??
? ? dir.mult(force);? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? return dir;
? }??
}
如此，就實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)處的小球?qū)αＷ酉到y(tǒng)的排斥效果。可以實(shí)現(xiàn)例子生成點(diǎn)的位置變化從而讓小球來接也很容易實(shí)現(xiàn)
結(jié)語：
這幾章節(jié)《代碼本色》的閱讀學(xué)習(xí)，我切身感受到了圖像編程的神奇，但由自身編程水平所限，很多想法在經(jīng)歷很多次嘗試后也沒有完美實(shí)現(xiàn)，只能挑選出了簡(jiǎn)單的程序?qū)崿F(xiàn)，借助同學(xué)的啟發(fā)。但在習(xí)作過程中，自身對(duì)代碼的理解也有了進(jìn)步，很多想法也能夠?qū)崿F(xiàn)，也對(duì)之前的部分有了更為深入的體會(huì)。
雖然只是實(shí)現(xiàn)了很簡(jiǎn)單的隨機(jī)與物理效果，但長(zhǎng)足的積累肯定能夠組合出復(fù)雜的效果。
