Java編程實現的模擬行星運動示例

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，多線程並發控制，swing界面設計，動畫製作等，最後結課了也打算製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，主面板裡有一個中心行星，同時繪製了橢圓軌道，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()方法主要繪製了一個實心圓形，目的是在每次繪製時，可以保證中心行星始終顯示。 paintComponent()方法重寫了JPanel的繪製方法，目的是保證繼承自Star類的Stars類的實例對象可以繪製出自己的行星。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分別表示橢圓軌蹟的長軸與短軸。 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，並且根據Long,，Short繪製了橢圓軌道，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，且包含於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，對畫面進行重新繪製。 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，所以之後Starts類中將生成一個PThread類的對象，並且利用該對象，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，並且將行星部件，按鈕，標籤添加進面板。內部的getPanel()方法對兩個按鈕進行了設置，並且返回一個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對像是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，用於放置背景圖片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，將背景圖放於JLabel中，將JLabel放於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，課設裡豈能沒有對象？

主要對象：

對象center，即中心行星

對象p1，即環繞行星

對象pt，即負責控制線程的對象

對象f，即程序啟動面板

三、對象之間的關係（交互）

p1與center的關係：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便是這樣的關係。實例化對象center後，便會在指定坐標下繪製實心圓形，center對象的x，y坐標不會變化。而對象p1在實現繪製實心圓形的基礎上，又根據center的坐標繪製了指定長軸，短軸的橢圓軌道，同時其內部實現了Thread類，不中斷的執行線程。相互的繼承關係，使得center和p1可以互不干擾的繪製圖形，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，那麼最終結果將不會顯示中心行星。

pt與p1的關係：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與各對象的關係：StarFrame繼承自JFrame，其實例化對象f將各對象添加進繪畫布里，製作了界面，並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麼才是對象，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，再次創建對像後，便會再次重寫該方法，於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。