
#HarmonyOS NEXT体验官# :在HarmonyOS Next中进行物理实验 原创
本文详细描述了如何借用混合开发技术在鸿蒙中进行物理模拟实验,本文的app使用了matter.js库。下面是对这个库的详细描述:
Matter.js 是一个 2D 物理引擎库,用于在浏览器中实现物理仿真和交互效果。它提供了简单易用的 API,帮助开发者快速构建具有真实物理行为的交互式应用程序。
主要功能:
- 刚体物理仿真: 支持刚体物体的碰撞检测、弹性反弹、摩擦力、重力和惯性等物理特性。
- 力与约束: 可以施加力、设置约束条件(如弹簧连接)来影响物体的运动和行为。
- 碰撞检测与响应: Matter.js 提供了强大的碰撞检测系统,可以精确地处理物体之间的碰撞,并根据物理规律作出响应。
- 粒子系统: 允许创建和控制大量小型粒子,适用于流体模拟、粒子效果等应用场景。
- 场景管理: 提供了世界、引擎、渲染器等抽象概念,用于管理物理世界中的物体、交互和渲染。
- 事件系统: 提供了丰富的事件回调接口,允许开发者在物体碰撞、运动等关键时刻执行特定操作。
- 可扩展性: 通过插件系统和自定义渲染器,Matter.js 可以与其他库(如 PIXI.js、Phaser 等)集成,扩展其功能。
应用场景:
- 游戏开发: Matter.js 常用于 2D 游戏开发,特别是需要模拟物理行为的游戏,如弹球游戏、平台游戏和益智类游戏。
- 教育与仿真: 适用于构建物理教学工具、模拟器和实验平台,帮助学生和研究者理解物理原理。
- 交互式网页应用: 可用于开发具有复杂物理交互效果的网页应用,增强用户体验。
- 数据可视化: 利用物理引擎的力量,可以创建具有动态和物理行为的数据可视化图表,为数据展示增添趣味性和互动性。
总结
- Matter.js 则是一个 2D 物理引擎,适用于需要物理仿真的游戏开发、教育工具和交互式应用。两者可以结合使用,比如用 Matter.js 创建物理模拟场景,再用 GIF.js 将其导出为 GIF 动画,形成一个完整的工作流。
下图是本书涉及的app的一些界面
设置物理属性
app支持的物理模拟器
弹射器模拟器
下面以弹射器模拟器举例,来展示如何进行物理实验。物理实验的设置界面使用CatapultSettingsPanel组件实现
CatapultSettingsPanel组件实现了一个用于设置弹射器参数的用户界面,用户可以通过滑动条调整左侧小块的数量、左侧小块的密度和右侧圆球的密度,并通过“确定”或“取消”按钮提交或放弃这些设置。以下是对代码的逐行中文注释和实现原理的详细解释。
代码实现原理和步骤详解
通过引入必要的模块和工具函数,准备了 UI 布局所需的常量,并定义了配置类 CatapultSettingsConfig
,该类包含了三个可调整的配置项:左侧小块数量、左侧小块密度和右侧圆球密度。
-
状态管理:
- 使用
@State
装饰器定义了config
状态变量,存储用户设置的弹射器配置。config
是一个CatapultSettingsConfig
对象,包含了所有可配置的参数,如小块数量、块密度和圆球密度等。
- 使用
-
UI 布局:
- 使用 ArkTS 提供的 UI 组件,如
Column
、Row
、Text
、Slider
和Button
等,构建了弹射器设置面板的用户界面。 - 各种输入组件如文本标签和滑动条分别用于显示标签和获取用户输入的数值,并通过
onChange
事件实时更新config
对象中的相应配置项。
- 使用 ArkTS 提供的 UI 组件,如
-
设置项的实现:
- 滑动条(
Slider
)用于选择左侧小块的数量、左侧小块的密度和右侧圆球的密度。滑动条的变化通过onChange
事件实时更新对应的配置项。 - 每个滑动条组件都有其最小值和最大值范围,用户可以通过滑动来调整具体的数值。
- 滑动条(
-
确定和取消按钮:
- 通过创建“确定”和“取消”按钮,允许用户保存或放弃当前的配置。点击“确定”按钮时,会将当前的
config
对象传递给catapultSettingsOK
回调函数,以便外部处理。点击“取消”按钮时,调用catapultSettingsCancel
回调函数以取消设置。
- 通过创建“确定”和“取消”按钮,允许用户保存或放弃当前的配置。点击“确定”按钮时,会将当前的
-
样式设置:
- 使用
.backgroundColor
、.border
、.width
和.height
等方法设置组件的样式属性,保证整个面板的外观一致性和用户体验。
- 使用
通过这些实现步骤,这段代码成功构建了一个弹射器配置面板,用户可以通过该面板调整小块数量、密度和圆球密度,并通过点击按钮提交或取消这些设置。这个面板设计简洁、功能全面,可以适用于需要物理模拟设置的场景,如物理引擎游戏或仿真应用。
设置完后,就需要使用javascript部分(matter.js),来利用物理用物理引擎进行物理实验了。这一部分在catapult.js中实现,详细解释如下:
代码详细中文注释与解释
这段代码使用 Matter.js 物理引擎创建了一个弹射器的物理模拟场景。Matter.js 是一个轻量级的 2D 物理引擎,主要用于模拟刚体的碰撞、弹跳、摩擦和其他物理行为。以下是代码的详细中文注释和解释。
这段代码实现了一个基于 Matter.js 的弹射器物理模拟场景。Matter.js 是一个轻量级的 2D 物理引擎,用于模拟刚体的碰撞、弹跳、摩擦和其他物理行为。以下是对这段代码的详细解释,涵盖其实现原理、主要组件及其功能。
代码实现原理
1. 引入 Matter.js 模块
这段代码引入了 Matter.js 的多个核心模块,包括 Engine
(引擎)、Render
(渲染器)、Runner
(运行器)、Bodies
(刚体创建器)、Constraint
(约束)等,这些模块共同构成了物理模拟的基础。
2. 创建物理引擎和世界
这里使用 Engine.create()
创建了一个物理引擎实例,并通过 engine.world
获取了物理世界对象。设置 engine.world.gravity.y = 2
将世界的重力设置为垂直方向的 2 个单位,以模拟物体向下的重力作用。
3. 创建渲染器
创建了一个渲染器 Render.create()
,并将其附加到 HTML 文档的 body
元素中。渲染器负责将物理世界中的物体渲染到屏幕上。wireframes: false
表示使用填充颜色而不是线框渲染物体。
4. 创建运行器
创建了一个 Runner
,这是一个用于在动画循环中不断更新物理引擎状态的工具。Runner.run(runner, engine)
启动运行器并与物理引擎关联。
5. 配置参数
这段代码从传入的配置 config
中读取或设置默认的参数:
numBlocks
:设置左侧小块的数量,确保在 1 到 10 之间。blockDensity
:设置小块的密度,如果未指定则默认设置为 1。sphereDensity
:设置右侧圆球的密度,如果未指定则默认设置为 0.005。
6. 创建物体并添加到物理世界
group
:创建一个新的碰撞组,用于定义物体的碰撞行为。stack
:使用Composites.stack
创建一个由多个矩形小块组成的堆栈。每个小块都是通过Bodies.rectangle
创建的,并设置了密度和随机填充颜色。
catapult
:创建了一个矩形的弹射器主体,通过collisionFilter
将其与特定的碰撞组绑定。
Composite.add
将所有创建的物体和约束添加到物理世界world
中。包含堆叠的小块、弹射器主体、底部的地面、左侧和右侧的支撑块、右侧的圆球,以及将弹射器固定在当前位置的约束Constraint
。
7. 添加鼠标控制
Mouse.create
创建了一个鼠标控制器,MouseConstraint.create
将鼠标动作与物理世界中的物体交互绑定,使用户可以通过拖拽操作物体。
8. 调整视口和返回上下文
Render.lookAt
调整渲染视口,以适应当前的场景布局。- 最后返回了包含物理引擎、运行器和渲染器的上下文对象,允许外部控制模拟的启动和停止。
弹射器实现原理
这段代码模拟了一个简单的弹射器物理系统。其核心原理是利用 Matter.js 的物理引擎模拟物体的运动、碰撞和互动,用户可以通过鼠标拖动物体并将其弹射出去。弹射器的实现依赖于以下几个关键部分:
-
弹射器主体: 由一个长方形刚体(
catapult
)构成,位于物理世界的底部,用于模拟发射器的基础结构。 -
堆叠的小块: 通过
Composites.stack
创建的多个小块,这些小块可以被弹射器弹射出去,或作为弹射器的一部分进行运动。 -
圆球: 放置在弹射器的末端,用户可以通过鼠标拖动圆球,并在释放鼠标时将其弹射出去。
-
约束: 通过
Constraint.create
将弹射器主体固定在其当前位置,模拟发射器的旋转轴或支撑点。 -
鼠标控制: 允许用户通过鼠标与物理世界交互,增强了模拟的互动性。
通过这些组件,代码实现了一个简单但有效的弹射器物理模拟,用户可以通过拖动和释放物体来观察物理引擎模拟的结果。这段代码展示了 Matter.js 的强大功能和灵活性,适用于实现各种物理模拟和游戏场景。
下面是关于matter.js核心功能的详细描述:
1. Matter.Engine
- 功能: Matter.Engine 是 Matter.js 中用于管理物理模拟的核心。它负责计算物理世界中的力、碰撞和物体的运动状态。
- 用法:
2. Matter.Render
- 功能: Matter.Render 负责将物理世界中的物体渲染到屏幕上。它使用 HTML5 Canvas 来绘制物体的外观和运动轨迹。
- 用法:
3. Matter.Runner
- 功能: Matter.Runner 是一个循环运行器,它负责在每一帧更新物理引擎的状态,使物体在模拟中按时间推进。
- 用法:
4. Matter.Bodies
- 功能: Matter.Bodies 提供了一组工厂方法,用于创建基本的物理形状,如矩形、圆形、多边形等。
- 用法:
5.
Matter.Composite
- 功能: Matter.Composite 是一个容器,允许将多个物理体组合成一个整体,以便同时操作和管理它们。
- 用法:
6. Matter.Constraint
- 功能: Matter.Constraint 用于在两个物体之间创建一个约束关系,使它们之间具有固定距离或角度,从而模拟绳子、弹簧等物理现象。
- 用法:
7. Matter.Mouse 和 Matter.MouseConstraint
- 功能: Matter.Mouse 创建一个鼠标输入控制器,Matter.MouseConstraint 将鼠标动作与物理世界中的物体交互绑定,使用户可以通过拖拽操作物体。
- 用法:
通过上述代码和解释,您可以了解如何使用 Matter.js 构建一个物理模拟场景,并通过交互控制和视觉渲染来增强用户体验。这段代码展示了如何结合多个 Matter.js 模块实现一个具有弹射功能的物理模拟场景。
