Java編程實現的模擬行星運動示例

更新時間：2018年04月22日 12:56:13 作者：wangbowj123

這篇文章主要介紹了Java編程實現的模擬行星運動,涉及java基于swing組建繪制動態(tài)效果及數值運算相關操作技巧,并總結分析了java面向對象的相關特性,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了Java編程實現的模擬行星運動。分享給大家供大家參考，具體如下：

期待了很久的Java語言程序設計也拉下了帷幕，在幾個月的時間里基本掌握了java的簡單用法，學習了java的主要基礎知識，面向對象思想，多線程并發(fā)控制，swing界面設計，動畫制作等，最后結課了也打算制作一個課程設計能夠盡可能多的涵蓋所學知識，將其進行串聯，因此考慮實現了一個簡單的模擬行星運動的小軟件，主要思路如下：

利用動畫實現行星運動的模擬，主面板里有一個中心行星，同時繪制了橢圓軌道，有一顆運動的行星圍繞著中心行星運動。同時右下角設置的有四個按鈕，即“Start”、“Pause”、“accelerate”和“decelerate”分別可以使行星運動、暫停、加速、減速。

一、類的設計：

Star繼承自JPanel。Star類是行星的基類，所有運動的行星都是繼承自Star類。內部draw()方法主要繪制了一個實心圓形，目的是在每次繪制時，可以保證中心行星始終顯示。paintComponent()方法重寫了JPanel的繪制方法，目的是保證繼承自Star類的Stars類的實例對象可以繪制出自己的行星。如下：

package Star;
import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import javax.swing.JPanel;
public class Star extends JPanel{
  /**
   * 基本的行星類
   */
  private static final long serialVersionUID = 1L;
  int x,y;
  int width,height;
  public Star() {
    width = 10;
    height = 10;
  }
  public Star(int x, int y){
    this.x = x;
    this.y = y;
    width = 10;
    height = 10;
  }
  public void draw(Graphics g){
    g.setColor(Color.blue);
    g.fillOval(x, y, width, height);
  }
  protected void paintComponent(Graphics g){
    super.paintComponent(g);
    g.fillOval(x, y, width, height);
  }
}

Stars類繼承自Star類，是對Star類的進一步細化，表示運動的行星。Stars類中的alfa表示運動行星的運動起始角度，speed表示運動速度，可對其進行修改。Long，Short分別表示橢圓軌跡的長軸與短軸。center表示其實例化對象的中心行星。paintComponent()函數重寫了paintComponent()，內部引用了父類的draw()函數，并且根據Long,，Short繪制了橢圓軌道，Long、Short由實例化對象調用構造方法來決定。move()函數描述了x，y的變化方程，即圍繞著橢圓軌道變化，同時規(guī)定了alfa的變化方式。start()函數表示線程開始，pause()函數表示線程暫停，accelerate()函數表示對行星的加速操作，decelerate()函數表示對行星減速的操作。

Pthread類目的是控制線程，即通過對Pthread類的實例化可以控制行星的開始運動，暫停運動，加速，減速。Pthread類繼承自Thread類，且包含于Starts類中，因而，PThread類不能被定義為共有類。PThread類提供了run()方法，不斷調用repaint()方法，對畫面進行重新繪制。setsuspend()方法利用改變boolean變量對線程進行暫停操作（調用notifyall()方法）。因為Pthread類是Starts的內部類，所以之后Starts類中將生成一個PThread類的對象，并且利用該對象，對線程進行操作。

設計如下：

package Star;
import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
public class Stars extends Star{
  /**
   * 運動的行星
   */
  private static final long serialVersionUID = 1L;
  double alfa ;
  double speed ;
  Star center;
  int Long ; //長軸
  int Short;//短軸
  public Stars(int Px,int Py,Star center){
    super(Px,Py);
    this.center = center;
    Long = (Px - center.x)*2;
    Short = (Py - center.y)*2;
    this.setOpaque(true);
//   move();
    alfa = 0;
    speed = 0.001;
  }
  protected void paintComponent(Graphics g){
    super.paintComponent(g);
    center.draw(g);//畫出中心點
    move();
    g.setColor(Color.GREEN);
    g.drawOval(center.x-Long/2, center.y-Short/2, Long, Short);
  }
  public void move(){
    x = center.x + (int)(Long/2*Math.cos(alfa));
    y = center.y + (int)(Short/2*Math.sin(alfa));
    //沿橢圓軌跡運行
    alfa += speed;
    //角度不斷變化
  }
  class PThread extends Thread{
  //重畫線程類
    private boolean suspend = true;
    private String control = "";
    public void run(){
      while(true){
        synchronized (control) {
          if(suspend){
            //move();
            repaint();
          }
        }
      }
    }
    public void setsuspend(boolean s){
      //設置線程暫停方法
       if (!suspend) {
         synchronized (control) {
           control.notifyAll();
         }
       }
      this.suspend = s;
    }
  }
  public PThread pt = new PThread();
  public void start(){
    pt.setsuspend(true);
    pt.start();
  }
  public void pause(){
    pt.setsuspend(false);
  }
  public void accelerate(){
    //加速的方法
    if(speed > 0){
      //角度每次加速0.0002
      speed += 0.0002;
    }
    else
      speed = 0.001;
  }
  public void decelerate(){
    //減速的方法
    if(speed > 0){
      speed -= 0.0002;
      //角度每次減速0.0002
    }
    //若減速到0，則不能繼續(xù)減速，另速度為0，停止運動
    else speed = 0;
  }
}

StarFrame類是本程序的啟動面板，通過實例化該類，生成主程序界面，并且將行星部件，按鈕，標簽添加進面板。內部的getPanel()方法對兩個按鈕進行了設置，并且返回一個JPanel（將四個按鈕添加進該JPanel中）。getLabel()方法返回一個文字描述的JLabel。Center對象是Star類的實例化，p1是Stars類的實例化，分別表示中心行星與環(huán)繞行星。jb1，jb2，jb3，jb4分別是行星的啟動，暫停，加速，減速的控制按鈕。image表示界面背景圖，LayeredPanel是界面的層次面板，方便背景圖的設置。jp,jl是設置背景圖的部件。設計如下：

package Star;
import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import javax.swing.ImageIcon;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JLayeredPane;
import javax.swing.JPanel;
public class StarFrame extends JFrame{
  /**
   *行星模擬啟動面板
   */
  private static final long serialVersionUID = 1L;
  Star center = new Star(300,200);//定義中心行星
  Stars p1 = new Stars(300+230,200+130,center);//環(huán)繞中心的行星
  Stars p2 = new Stars(300+230+20,200+130+20,p1);
  JButton jb1 = new JButton("start");
  JButton jb2 = new JButton("pause");
  JButton jb3 = new JButton("accelerate");
  JButton jb4 = new JButton("decelerate");
  ImageIcon image=new ImageIcon("timg.jpg");//背景圖，利用相對路徑定義
  JLayeredPane layeredPane; //定義一個層次面板，用于放置背景圖片
  JPanel jp;
  JLabel jl;
  public StarFrame(){
    //為p1設置位置，與大小
    p1.setBounds(40,40,600,400);
//   p2.setBounds(40,40,600,400);
    //定義背景圖，將背景圖放于JLabel中，將JLabel放于JPanel中
    layeredPane = new JLayeredPane();
    jp = new JPanel();
    jp.setBounds(0,0,image.getIconWidth(),image.getIconHeight());
    jl=new JLabel(image);
    jp.add(jl);
    //將jp放到最底層。
    layeredPane.add(jp,JLayeredPane.DEFAULT_LAYER);
    //將jb放到高一層的地方
    layeredPane.add(p1,JLayeredPane.MODAL_LAYER);
//   layeredPane.add(p2,JLayeredPane.MODAL_LAYER);
    layeredPane.add(getPanel(),JLayeredPane.MODAL_LAYER);
    layeredPane.add(getLabel(),JLayeredPane.MODAL_LAYER);
    //分別為jb1、jb2、jb3、jb4設置相關動作
    jb1.addActionListener(new ActionListener(){
      public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        // TODO Auto-generated method stub
        p1.start();
      }
    }
    );
    jb2.addActionListener(new ActionListener(){
      public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        // TODO Auto-generated method stub
        p1.pause();
      }
    });
    jb3.addActionListener(new ActionListener(){
      public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        // TODO Auto-generated method stub
        p1.accelerate();
      }
    });
    jb4.addActionListener(new ActionListener(){
      public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        // TODO Auto-generated method stub
        p1.decelerate();
      }
    });
    this.setLayeredPane(layeredPane);
    this.setTitle("Star");
    this.setBounds(100,100,1000, 600);
    this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    this.setVisible(true);
  }
  private JPanel getPanel(){
    //返回定義的四個按鈕
    JPanel jp = new JPanel();
    jp.add(jb1);
    jp.add(jb2);
    jp.add(jb3);
    jp.add(jb4);
    jp.setBounds(750,450,200,70);
    return jp;
  }
  private JPanel getLabel(){
    //返回文字描述
    JLabel jl = new JLabel("行星模擬");
    jl.setForeground(Color.RED);//設置字體顏色
    jl.setFont(new Font("Dialog",0,20));//設置字體
    JPanel jp = new JPanel();
    jp.add(jl,BorderLayout.CENTER);
    jp.setBounds(800,0,150,40);
    return jp;
  }
  public static void main(String[] args) {
    @SuppressWarnings("unused")
    StarFrame f = new StarFrame();
  }
}

運行效果：

二、對象：

因為java是面向對象的語言，當然不能像c語言一樣，僅僅靠函數實現，課設里豈能沒有對象？

主要對象：

對象center，即中心行星

對象p1，即環(huán)繞行星

對象pt，即負責控制線程的對象

對象f，即程序啟動面板

三、對象之間的關系（交互）

p1與center的關系：Star類是行星的基類，繼承自JPanel，其內部定義了基本的半徑與坐標，其實例化對象center即是運動行星的中心行星。而繼承自Star的Stars類表示運動行星，是其進一步的細化，因此其實例化對象p1表示運動的行星1，且圍繞著center運動，同時center作為參數傳遞給p1的構造方法，完成二者交互。對象p1與center便是這樣的關系。實例化對象center后，便會在指定坐標下繪制實心圓形，center對象的x，y坐標不會變化。而對象p1在實現繪制實心圓形的基礎上，又根據center的坐標繪制了指定長軸，短軸的橢圓軌道，同時其內部實現了Thread類，不中斷的執(zhí)行線程。相互的繼承關系，使得center和p1可以互不干擾的繪制圖形，值得一提的是，在Stras類中的paintComponent()方法中，仍需要調用center對象的draw()方法，因為線程開始時會調用repaint()方法，如果不實現center的draw()方法，那么最終結果將不會顯示中心行星。

pt與p1的關系：PThread類繼承自Thread類，定義了run()方法，通過其實例化對象p1，可以調用start()方法啟動線程，而PThread類在Starts類內部，因而通過p1內的方法可以控制線程，即控制其速度，加速減速，控制其運行與否。

f與各對象的關系：StarFrame繼承自JFrame，其實例化對象f將各對象添加進繪畫布里，制作了界面，并控制了每個部件的大小、位置，是程序運行的關鍵。

四、面向對象的理解：

萬物皆對象，有些同學問我到底什么才是對象，我回答說有new的都是對象，對象便是類的實例化，本程序中，可以通過對Stars類進行實例化從而創(chuàng)造出無數多個行星（理論上是的），但是內部函數的實現有些問題難以解決，主要便在paintComponent()方法的重寫上，再次創(chuàng)建對象后，便會再次重寫該方法，于是會出現不可避免的問題，也是無法解決的一個遺憾！

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希望本文所述對大家java程序設計有所幫助。

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