Python tkinter 弹跳球 - 能量无穷大

Question

我编写了一个 Python 脚本，它创建一个 Ball 类，然后创建它的实例。球应该从墙上反弹，然后（尚未实施）彼此反弹。请注意，当球碰到墙时，球不仅会反转方向，而是会在球上施加一个力（或加速度）。

不幸的是，球从墙上弹起后，会进入振荡运动，振幅越来越大。

我对 Python 很陌生，但之前写过各种 javascript/canvas 模拟。

这个特殊的 python 脚本使用 Verlet 集成来计算位置和速度。我的脚本基于此：

http://physics.weber.edu/schroeder/software/demos/MolecularDynamics.html

谁能建议我应该如何修改代码，使其在球从墙上弹起时“稳定”？谢谢

from Tkinter import *
import random
window = Tk()
canvas = Canvas(window, width = 400, height = 300)
canvas.pack()
wallStiffness=0.05
dt=0.02


class Ball:

    def __init__(self):
        self.x=0
        self.y=0
        self.xvel=random.random()*2-1
        self.yvel=random.random()*2-1
        self.ax=0
        self.ay=0
        self.rad=20



def computeAccelerations(z):

        if z.x<z.rad:
             z.ax=wallStiffness*(z.rad-z.x)
        else: 
            if z.x>400-z.rad:
                z.ax=wallStiffness*(400-z.rad-z.x) 
        #only have horizontal bounces so far, and no bounces between balls yet


list=[]

for i in range(100):    #0 to 99, make 100 balls
    myball=Ball()
    list.append(myball)

#script to place in a crystal to begin with

current_x=30
current_y=0

for j in list:

        j.x=current_x
        current_x+=30
        j.y=current_y

        if current_x+30>370:
            current_x=30
            current_y+=30            

        j.ball=canvas.create_oval(j.x,j.y,j.x+j.rad,j.y+j.rad,fill="blue")



while True:

    for i in range(10):     #10 steps per frame
        for j in list:
            j.x+=j.xvel*dt+0.5*j.ax*dt*dt
            j.y+=j.yvel*dt+0.5*j.ay*dt*dt
            j.xvel+=0.5*j.ax*dt
            j.yvel+=0.5*j.ay*dt
            computeAccelerations(j)
        for j in list:
            j.xvel+=0.5*j.ax*dt
            j.yvel+=0.5*j.ay*dt

    canvas.after(10)    #duration of frame in ms
    for z in list:
        canvas.move(z.ball,z.xvel, z.yvel)
        canvas.update()

window.mainloop()   #keeps the window open

Answer 1

我相信您遇到的问题是您忘记在动作循环中添加时间步：

while True:
    for i in range(10):
        for j in list:
            j.x += j.xvel * dt + 0.5 * j.ax * dt * dt
            j.y += j.yvel * dt + 0.5 * j.ay * dt * dt
            j.xvel += 0.5 * j.ax * dt
            j.yvel += 0.5 * j.ay * dt
            compute_accelerations(j)
        for j in list:
            j.xvel += 0.5 * j.ax * dt
            j.yvel += 0.5 * j.ay * dt

另外，虽然您的代码有效，但我认为您的Ball 加速方法可以清理：

# box_width = 400

def compute_accelerations(self):
        if self.x < self.rad:
             self.ax = wallStiffness * (self.rad - self.x)
        elif self.x > box_width - self.rad:
                self.ax = wallStiffness * (box_width - self.rad - self.x) 

在这里您会看到self 用于代替z。这是在 Python 类中创建方法的标准方法。这里self 代表Ball 对象的当前实例。这有意义吗？

你可以这样调用这个新修改的方法：

j.compute_accelerations()

Answer 2

这并不能直接回答您的问题，但您使用 Tkinter 错误。作为一般的经验法则，你不应该调用update，你不应该有一个无限循环，你不应该用一个参数调用after。 Tkinter 已经有一个无限循环在运行——mainloop——那么为什么不利用它呢？通过这样做，您可以消除我列出的所有三个不良做法。

您应该删除while True 循环的主体并将其放入函数中。然后，您让该函数安排在某个时间间隔再次调用它自己。例如：

def draw_frame():
    for i in range(10):
        for j in list:
            ...
    for z in list:
        canvas.move(z.ball,z.xvel, z.yvel)

    canvas.after(10, draw_frame)

这将绘制一个帧，等待 10 毫秒，然后绘制另一个帧，不断重复。如果您希望能够停止动画，您可以创建一个设置标志变量的按钮（例如：we_should_continue=False），在这种情况下您可以执行以下操作：

    if we_should_continue:
        canvas.after(10, draw_frame)

与您的方案相比，这具有的优势是您的方案具有 10 毫秒的小窗口，其中 GUI 完全冻结，这可能会导致一些非常轻微的卡顿。更大的优势在于 tkinter 就是这样设计的。