煙火

Computer Graphics: 煙火

粒子系統的基本概念很簡單，只要使用類別或結構來包裝粒子的動作操作與狀態即可，然而其困難處在於，如何擬真的模擬出粒子的動作，這就與物理、化學有所關聯了，然而有時候是可以用一些小技倆來簡化真實世界中的粒子動作，而在螢幕上又有相當的效果。

煙火粒子可以如下包裝：

public class FireworkParticle {
    private boolean state; // 粒子是否存活
    private Point position; // 粒子的位置
    private double vx, vy;   // 粒子的速度
    private int life;       // 粒子的生命值
    private Color currentcolor; // 粒子的顏色
    private int time; // 粒子存活至今的時間

    public void resume() {} // 啟始粒子

    public boolean getState() {} // 取得粒子存活狀態

    public Point getPoint() {} // 取得位子位置

    public Color getColor() {} // 取得粒子顏色

    public void nextState() {} // 改變至下一狀態
}

Java物件導向的特性特別適合用來包裝粒子系統，將所有與粒子有關的操作也一併包裝進去；如果是VB或C，就使用結構來包裝粒子的屬性。

在模擬的部份，首先是爆炸的時候，粒子所得到的水平與垂直速度，可以遵守動量守恒來計算出每一個粒子所獲得的速度，但這邊實際上並沒有這麼作，簡單的使用亂數來模擬也可以達到不錯的效果；煙火粒子在下落的時候，是受重力的影響，vy = vt + 9.8 * t；而粒子的顏色部份，初始時使用亂數來決定RGB值，而在粒子生命進入倒數時，改變為紅色，最後再改變為藍色，以配合夜空的顏色，讓粒子有燃燒殆盡的感覺。

在移動的方面，由於螢幕大小有限，所以讓一個像素代表實際移動一公尺，以免粒子因重力加速度的影響，一下子就跑出螢幕外了。

大部份的模擬是如此，其它的請自己看看實例，目前還沒有加上煙的效果。

Firework.java

package onlyfun.caterpillar.graphics.particle;
 
import java.applet.*; 
import java.awt.*;
import javax.swing.JApplet;
 
public class Firework extends JApplet implements Runnable { 
    private final int Max = 200; 
    private FireworkParticle particles[]; // 煙火粒子 
    private int appletWidth, appletHeight, xCenter,yCenter; 
    private Image offScreen; 
    private Graphics drawOffScreen;  

    public void init() {    
        setBackground(Color.black); // 背景為黑色 

        particles = new FireworkParticle[Max]; // 建立粒子 

        // 取得顯像區域 
        appletWidth = getSize().width; 
        appletHeight = getSize().height; 

        // 煙火初始位置 
        xCenter = appletWidth/2 + 
                      (int)(Math.random()* 150 - 150); 
        yCenter = appletHeight/2 + 
                      (int)(Math.random()* 150 - 150); 
        for(int i = 0; i < Max; i++) 
            particles[i] = new FireworkParticle(); 
 
        // 建立次畫面 
        offScreen = createImage(appletWidth, appletHeight); 
        drawOffScreen = offScreen.getGraphics(); 
    } 
 
    public void start() { 
        (new Thread(this)).start(); 
    } 
 
    public void update(Graphics g) { 
        paint(g); 
    } 
 
    public void paint(Graphics g) { 
        g.drawImage(offScreen, 0, 0, this); 
    } 
 
    public void run() { 
        Color color; 
        boolean replay; 
 
        while(true) { 
            replay = true; 
            drawOffScreen.clearRect(0,0, 
                            appletWidth, appletHeight); 
 
            for(int i = 0; i < Max; i++) { 
                if(particles[i].getState()) { 
                    color = particles[i].getColor(); 
                    double x = 
                          particles[i].getPoint().getX(); 
                    double y = 
                          particles[i].getPoint().getY(); 
                    drawOffScreen.setColor(color); 
                    drawOffScreen.fillOval(
                                  (int)x, (int)y, 1, 1); 
                    particles[i].nextState(); 
                } 
            } 
 
            for(int i = 0; i < Max; i++) { 
                if(particles[i].getState()) { 
                    replay = false; 
                    break; 
                } 
            } 
 
            // 是否重新施放 
            if(replay) { 
            // 煙火初始位置 
                xCenter = appletWidth/2 + 
                      (int)(Math.random()* 150 - 150); 
                yCenter = appletHeight/2 + 
                      (int)(Math.random()* 150 - 150); 
                 
                for(int i = 0; i < Max; i++) {
                    particles[i].resume(new Point(xCenter, 
                                      yCenter),  Max);
                    particles[i].setLife(
                                 (int) (Math.random()*20));
                }
            }    
 
            // 重繪畫面 
            repaint(); 
 
            // 暫停執行緒 150 毫秒 
            try { 
                Thread.sleep(150); 
            } 
            catch (InterruptedException e) { } 
        } 
    } 
}
 
class FireworkParticle { 
    private boolean state;  // 粒子是否存活 
    private Point position;  // 粒子的位置 
    private double vx, vy;   // 粒子的速度 
    private int life;       // 粒子的生命值 
    private Color currentcolor; // 粒子的顏色 
    private int time;  // 粒子存活至今的時間 
 
    public void resume(Point p, int random) { 
        position = p; 
        state = true; 
        vx = Math.random()*random - Math.random()*random; 
        vy = Math.random()*random - Math.random()*random; 
        currentcolor = 
           new Color((int)(Math.random()*255), 
                     (int)(Math.random()*255), 
                     (int)(Math.random()*255)); 
        time = 0; 
    } 
    
    public void setLife(int life) {
        this.life = life;
    }
 
    public boolean getState() { 
        return state; 
    } 
 
    public Point getPoint() { 
        return position; 
    } 
 
    public Color getColor() { 
        return currentcolor; 
    } 
 
    public void nextState() { 
        vy += 9.8*time;
        position.setLocation(position.getX() + 
                       vx * 0.1, position.getY() + vy * 0.1);
        life--; 
        time++; 
 
        if(life < 0) { 
            life = 0; 
            state = false; 
        } 
        else if(life < 2) { 
            currentcolor = new Color(0, 0, 255); 
        } 
        else if(life < 5){ 
            currentcolor = new Color(255, 0, 0); 
        } 
    } 
}

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