C# GDI+實現等加速運動模式詳解
作者：iamrick
在本文中，我們展示了如何通過使用GDI+提供的優秀繪圖支持、清晰的代碼結構，實現了基礎的加速運動模式。這個基礎實現可以作為更復雜運動控制系統的基礎，使得后續的開發更加簡單、穩定和流暢。
1. 等加速運動原理
等加速運動是最基礎的加速模式，其特點是加速度恒定，速度隨時間線性變化。。在工業自動化、游戲開發、動畫制作等領域都有廣泛應用。本文將詳細介紹如何使用C#的GDI+來實現和可視化等加速運動。
1.1 基本公式
- v = v0 + at (速度方程)
- s = v0t + (1/2)at2 (位移方程)
- v2 = v02 + 2as (速度-位移方程)其中：
v0: 初始速度
v: 當前速度
a: 加速度
t: 時間
s: 位移2. 實現代碼
2.1 運動參數類
public class MotionParameters
{
public double InitialVelocity { get; set; } // 初始速度
public double Acceleration { get; set; } // 加速度
public double MaxVelocity { get; set; } // 最大速度
public double Distance { get; set; } // 總距離
public Point StartPoint { get; set; } // 起點
public Point EndPoint { get; set; } // 終點
public MotionParameters()
{
InitialVelocity = 0;
Acceleration = 100; // 像素/秒2
MaxVelocity = 300; // 像素/秒
StartPoint = new Point(0, 0);
EndPoint = new Point(0, 0);
}
}2.2 運動控制類
public class MotionControl
{
// 私有成員變量
private readonly MotionParameters _parameters; // 運動參數
private double _currentTime; // 當前運動時間
private double _currentVelocity; // 當前速度
private Point _currentPosition; // 當前位置
private bool _isAccelerating; // 是否處于加速階段
private double _totalDistance; // 總運動距離
private double _currentDistance; // 當前已運動距離
// 添加公共屬性訪問
public double CurrentVelocity => _currentVelocity;
public bool IsCompleted => _currentDistance >= _totalDistance;
public Point StartPoint => _parameters.StartPoint;
public Point EndPoint => _parameters.EndPoint;
public MotionControl(MotionParameters parameters)
{
_parameters = parameters;
Initialize();
}
private void Initialize()
{
_currentTime = 0;
_currentVelocity = _parameters.InitialVelocity;
_currentPosition = _parameters.StartPoint;
_isAccelerating = true;
_currentDistance = 0;
// 計算總距離
_totalDistance = Math.Sqrt(
Math.Pow(_parameters.EndPoint.X - _parameters.StartPoint.X, 2) +
Math.Pow(_parameters.EndPoint.Y - _parameters.StartPoint.Y, 2));
}
public Point CalculatePosition(double deltaTime)
{
if (IsCompleted) return _currentPosition;
_currentTime += deltaTime;
// 更新速度
if (_isAccelerating)
{
_currentVelocity += _parameters.Acceleration * deltaTime;
if (_currentVelocity >= _parameters.MaxVelocity)
{
_currentVelocity = _parameters.MaxVelocity;
_isAccelerating = false;
}
}
// 計算這一幀移動的距離
double frameDistance = _currentVelocity * deltaTime;
_currentDistance += frameDistance;
// 確保不超過總距離
if (_currentDistance >= _totalDistance)
{
_currentDistance = _totalDistance;
_currentPosition = _parameters.EndPoint;
return _currentPosition;
}
// 計算當前位置
double ratio = _currentDistance / _totalDistance;
_currentPosition.X = (int)(_parameters.StartPoint.X +
(_parameters.EndPoint.X - _parameters.StartPoint.X) * ratio);
_currentPosition.Y = (int)(_parameters.StartPoint.Y +
(_parameters.EndPoint.Y - _parameters.StartPoint.Y) * ratio);
return _currentPosition;
}
public void Reset()
{
Initialize();
}
}3. GDI+實現示例
3.1 主窗體類
public partial class Form1 : Form
{
private MotionControl _motionControl;
private Timer _animationTimer;
private Point _objectPosition;
private bool _isMoving;
private List<Point> _trajectoryPoints;
public Form1()
{
InitializeComponent();
this.DoubleBuffered = true;
_trajectoryPoints = new List<Point>();
InitializeComponents();
SetupMotionControl();
}
private void InitializeComponents()
{
_animationTimer = new Timer();
_animationTimer.Interval = 16; // ~60fps
_animationTimer.Tick += AnimationTimer_Tick;
this.Paint += MotionSimulationForm_Paint;
this.MouseClick += MotionSimulationForm_MouseClick;
}
private void SetupMotionControl()
{
var parameters = new MotionParameters
{
InitialVelocity = 0,
Acceleration = 200,
MaxVelocity = 400,
StartPoint = new Point(100, 300),
};
_motionControl = new MotionControl(parameters);
_objectPosition = parameters.StartPoint;
}
private void MotionSimulationForm_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
{
Graphics g = e.Graphics;
g.SmoothingMode = SmoothingMode.AntiAlias;
// 繪制軌跡
if (_trajectoryPoints.Count > 1)
{
using (Pen pen = new Pen(Color.LightBlue, 2))
{
for (int i = 1; i < _trajectoryPoints.Count; i++)
{
g.DrawLine(pen, _trajectoryPoints[i - 1], _trajectoryPoints[i]);
}
}
}
// 繪制起點和終點
if (_isMoving)
{
using (Pen pen = new Pen(Color.Gray, 1))
{
g.DrawLine(pen, _motionControl.StartPoint, _motionControl.EndPoint);
}
}
// 繪制運動物體
using (SolidBrush brush = new SolidBrush(Color.Blue))
{
g.FillEllipse(brush,
_objectPosition.X - 15,
_objectPosition.Y - 15,
30, 30);
}
// 繪制信息
using (Font font = new Font("Arial", 10))
using (SolidBrush brush = new SolidBrush(Color.Black))
{
string info = $"速度: {_motionControl.CurrentVelocity:F2} 像素/秒";
g.DrawString(info, font, brush, 10, 10);
}
}
private void AnimationTimer_Tick(object sender, EventArgs e)
{
if (_isMoving)
{
_objectPosition = _motionControl.CalculatePosition(0.016);
_trajectoryPoints.Add(_objectPosition);
if (_motionControl.IsCompleted)
{
_isMoving = false;
_animationTimer.Stop();
}
Invalidate();
}
}
private void MotionSimulationForm_MouseClick(object sender, MouseEventArgs e)
{
if (!_isMoving)
{
var parameters = new MotionParameters
{
InitialVelocity = 0,
Acceleration = 200,
MaxVelocity = 400,
StartPoint = _objectPosition,
EndPoint = e.Location
};
_motionControl = new MotionControl(parameters);
_trajectoryPoints.Clear();
_trajectoryPoints.Add(_objectPosition);
_isMoving = true;
_animationTimer.Start();
}
}
}4. 總結
在本文中，我們展示了如何通過使用GDI+提供的優秀繪圖支持、清晰的代碼結構，實現了基礎的加速運動模式。這個基礎實現可以作為更復雜運動控制系統的基礎，使得后續的開發更加簡單、穩定和流暢。
責任編輯：武曉燕
來源：
技術老小子
