android实现牛顿摆

红太狼 2022-07-15 05:18 141阅读 0赞

上次看到一个小伙伴实现了牛顿摆，发现挺有意思的，于是乎自己也想着做一个，虽然说是重复造轮子，我看中的是这个过程，顺便巩固一下自定义view，并且我做了一个扩展，可以自定义线和小球的尺寸与颜色，还有初始角度。效果图如下：

![Center][]

其实通过做这个项目可以扩展学习到很多姿势，首当其冲的就是物理姿势（我发现我连重力加速等于多少都忘了，so sad）。通过一步步推算得出角速度与偏移角度的公式([在线编辑数学公式网站][Link 1])：

![Center 1][]

为啥要算这个角速度与偏移角度的关系？

其实我要的是view绘制的频率，知道了角速度，我们就知道偏移一个单位的角度需要间隔多长的时间，这个时间就是我们绘制的间隔，间隔的长短就可以提现出速度的快慢。

自定义View步骤：

**1、新建一个类**

继承自View；

**2、在构造函数中获取自定义参数：**

先在res/values目录下新建attrs.xml文件，定义我们要使用属性的名字：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
    <resources>
        <declare-styleable name="NewtonCradle">
            <attr name="lineColor" format="color" />
            <attr name="ballColor" format="color" />
            <attr name="lineWidth" format="dimension" />
            <attr name="radius" format="dimension" />
            <attr name="initAngle" format="integer" />
        </declare-styleable>
    </resources>

这样在使用我们的自定义View时就能设置自定义属性：

<com.example.newtoncradle.view.NewtonCradle
        android:layout_width="300dp"
        android:layout_height="200dp"
        android:background="#00ee00"
        test:ballColor="#CCCCCC"
        test:lineColor="#333333"
        test:lineWidth="2dp"
        test:radius="10dp"
        test:initAngle="30"/>

然后就可以在构造函数中获取设置的自定义参数值了：

public NewtonCradle(Context context) {
        this(context, null);
    }
     
    public NewtonCradle(Context context, AttributeSet attrs) {
        this(context, attrs, 0);
    }
    
    public NewtonCradle(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        TypedArray typedArray = context.getTheme().obtainStyledAttributes(attrs, R.styleable.NewtonCradle, defStyleAttr, 0);
        lineColor = typedArray.getColor(R.styleable.NewtonCradle_lineColor, Color.BLACK);
        ballColor = typedArray.getColor(R.styleable.NewtonCradle_ballColor, Color.BLACK);
        lineWidth = typedArray.getDimension(R.styleable.NewtonCradle_lineWidth, 1f);
        radius = typedArray.getDimension(R.styleable.NewtonCradle_radius, 10f);
        initAngle = typedArray.getInt(R.styleable.NewtonCradle_initAngle, 10);
        swingAngle = initAngle;  // 初始偏移角度
        typedArray.recycle();
    }

注意使用完typedArray后释放。  
**3、在onMeasure方法中计算View的大小**

@Override
    protected void onMeasure(int widthMeasureSpec, int heightMeasureSpec) {
        int width;
        int height;
        int widthSize;
        int widthMode;
        int heightSize;
        int heightMode;
        widthSize = MeasureSpec.getSize(widthMeasureSpec);
        widthMode = MeasureSpec.getMode(widthMeasureSpec);
        heightSize = MeasureSpec.getSize(heightMeasureSpec);
        heightMode = MeasureSpec.getMode(heightMeasureSpec);
        if (widthMode == MeasureSpec.EXACTLY) {
            width = widthSize;
        } else {
            width = (int) (2 * lineLength + 10 * radius);
        }
        if (heightMode == MeasureSpec.EXACTLY) {
            height = heightSize;
        } else {
            height = (int) (lineLength + 2 * radius);
        }
        // 根据宽高获取符合的最小线长
        lineLength = (int) Math.min((width-10*radius)/2, height-2*radius);
        setMeasuredDimension(width, height);
        init();
    }

这时又百度了一下MeasureSpec的知识，所以只有自己动手才能发现发现知识的死角。当指定view精确大小时，使用指定的大小；没有指定精确大小时，根据线长lineLength和小球半径radius来计算最小宽度和高度，lineLength有一个默认初始值。根据宽高计算最小线长。  
同时初始化画笔Paint：

private void init() {
        linePaint = new Paint();
        linePaint.setColor(lineColor);
        linePaint.setStrokeWidth(lineWidth);
        linePaint.setStyle(Paint.Style.FILL);
    
        ballPaint = new Paint();
        ballPaint.setColor(ballColor);
        ballPaint.setStyle(Paint.Style.FILL);
    }

**4、在onDraw绘制摆球**

@Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        int width = getWidth();
        // 画中间的圆
        canvas.drawLine(width/2, 0, width/2, lineLength, linePaint);
        canvas.drawCircle(width/2, lineLength, radius, ballPaint);
        // 画左一的圆
        canvas.drawLine(width/2-2*radius, 0, width/2-2*radius, lineLength, linePaint);
        canvas.drawCircle(width/2-2*radius, lineLength, radius, ballPaint);
        // 画右一的圆
        canvas.drawLine(width/2+2*radius, 0, width/2+2*radius, lineLength, linePaint);
        canvas.drawCircle(width/2+2*radius, lineLength, radius, ballPaint);
    
        pSswingAngle = Math.toRadians(swingAngle);
        switch (location) {
            case LOCATION_LEFT:
                // 画右二的圆
                canvas.drawLine(width/2+4*radius, 0, width/2+4*radius, lineLength, linePaint);
                canvas.drawCircle(width/2+4*radius, lineLength, radius, ballPaint);
                // 画左二的圆
                ballX = (int) (width/2-4*radius - lineLength*Math.sin(pSswingAngle));
                ballY = (int) (lineLength * Math.cos(pSswingAngle));
                canvas.drawLine(width/2-4*radius, 0, ballX, ballY, linePaint);
                canvas.drawCircle(ballX, ballY, radius, ballPaint);
                delay = (long) Math.sqrt(((long)lineLength) / (2*g*(Math.cos(swingAngle - cosInitAngle))));
                if (isLeftSwing) {
                    swingAngle ++;
                    if (swingAngle >= initAngle) {
                        swingAngle = initAngle;
                        isLeftSwing = false;
                    }
                } else {
                    swingAngle --;
                    if (swingAngle <= 0) {
                        swingAngle = 0;
                        location = LOCATION_RIGHT;
                    }
                }
                break;
            case LOCATION_MIDDLE:
                // 画左二的圆
                canvas.drawLine(width/2-4*radius, 0, width/2-4*radius, lineLength, linePaint);
                canvas.drawCircle(width/2-4*radius, lineLength, radius, ballPaint);
                // 画右二的圆
                canvas.drawLine(width/2+4*radius, 0, width/2+4*radius, lineLength, linePaint);
                canvas.drawCircle(width/2+4*radius, lineLength, radius, ballPaint);
                if (isLeftSwing)
                    location = LOCATION_LEFT;
                else
                    location = LOCATION_RIGHT;
                delay = 200; // 中间停顿毫秒数
                break;
            case LOCATION_RIGHT:
                // 画左二的圆
                canvas.drawLine(width/2-4*radius, 0, width/2-4*radius, lineLength, linePaint);
                canvas.drawCircle(width/2-4*radius, lineLength, radius, ballPaint);
                // 画右二的圆
                ballX = (int) (width/2+4*radius + lineLength*Math.sin(pSswingAngle));
                ballY = (int) (lineLength * Math.cos(pSswingAngle));
                canvas.drawLine(width/2+4*radius, 0, ballX, ballY, linePaint);
                canvas.drawCircle(ballX, ballY, radius, ballPaint);
                delay = (long) Math.sqrt(((long)lineLength) / (2*g*(Math.cos(swingAngle - cosInitAngle))));
                if (isLeftSwing) {
                    swingAngle --;
                    if (swingAngle <= 0) {
                        swingAngle = 0;
                        location = LOCATION_MIDDLE;
                    }
                } else {
                    swingAngle ++;
                    if (swingAngle >= initAngle) {
                        swingAngle = initAngle;
                        isLeftSwing = true;
                    }
                }
                break;
        }
        postInvalidateDelayed(delay);
    }

一个有5个球，中间3个球是不动的，所以先绘制中间3个静止的球。  
在使用sin和cos计算时，使用的是弧度，并不是我们平时说的角度，所以先要把角度转换成弧度，使用Math.toRadians()方法。  
摆球的运动可分为3类，一类是左边的一个球在动，一类是中间传递（都不动），还有一类是右边的摆球在动。  
**4.1 左边球运动时**  
此时右边的球是静止不动的，先绘制它。  
由于我们每次都是偏移单位角度，所以其实我们是知道偏移角度的，根据偏移角度就能算出运动小球瞬间的中心坐标。  
上面我们推算出角速度与偏移角度的公式，利用该公式就可以知道偏移单位角度需要的时间间隔，我们就在这个时间间隔后重新绘制。  
小球运动时可能会有两个方向，向左或者向右运动。向左运动到初始角度时，就要换向了。当偏移角度为0时，就进入了中间传递状态。  
**4.2 中间传递状态**  
实际上，这个传递过程是需要时间的，这时5个球都短暂的静止，然后继续向左或者向右传递。  
**4.3 右边球运动时**  
与4.1左边球运动一致。

最后延迟绘制就行了。

github地址如下：

[https://github.com/yu75567218/NewtonCradle/tree/master][https_github.com_yu75567218_NewtonCradle_tree_master]

另外还学会了两个东西：

1、[手机录屏并转换成gif动图 ][gif]

2、[离线安装使用github][github]

参考：

[Android 摆动的球体 ][Android]

[Android 自定义View 三板斧之三——重写View来实现全新控件  
][Android _View _View_]

[Android 自定义View (一)][Android _View]

[ANDROID自定义视图——onMeasure，MeasureSpec源码 流程 思路详解][ANDROID_onMeasure_MeasureSpec_ _]

[android中Invalidate和postInvalidate的区别][android_Invalidate_postInvalidate]

[Center]: /images/20220715/01ce1f2fd413416e943499de9681df0c.png
[Link 1]: http://private.codecogs.com/latex/eqneditor.php
[Center 1]: /images/20220715/480d24c6fd564a0c9585c473c4045d65.png
[https_github.com_yu75567218_NewtonCradle_tree_master]: https://github.com/yu75567218/NewtonCradle/tree/master
[gif]: http://blog.csdn.net/yu75567218/article/details/53023706
[github]: http://blog.csdn.net/yu75567218/article/details/53023679
[Android]: http://blog.csdn.net/qq_26411333/article/details/52421086
[Android _View _View_]: http://www.cnblogs.com/manuosex/p/5301252.html
[Android _View]: http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/24252901/
[ANDROID_onMeasure_MeasureSpec_ _]: http://blog.csdn.net/a396901990/article/details/36475213?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
[android_Invalidate_postInvalidate]: http://www.cnblogs.com/rayray/p/3437048.html