使用Flash動(dòng)畫演示物體運(yùn)動(dòng)過程
——以彈簧振子為例

湛高超 林盼明

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

物理是研究物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué)，在物理教學(xué)中，有大量需要使用動(dòng)畫的地方，但在網(wǎng)上并不容易找到一個(gè)合適的動(dòng)畫.Flash是一個(gè)功能強(qiáng)大的動(dòng)畫制作軟件，但要精通Flash并不容易.本文介紹一種使用Flash ActionScript 2.0程序的動(dòng)畫制作方法，簡單易行，為教學(xué)提供便利.

1 演示程序

1.1 演示程序框架

圖1 演示程序框架

程序框架如圖1所示，在程序開始，先定義需要用到的物理量，如質(zhì)量m1，速度v1等，以及程序需要用到的中間變量、信號(hào)標(biāo)識(shí)變量.然后便是控制物體運(yùn)動(dòng)的程序，將相關(guān)的公式在此輸入.最后便是循環(huán)程序，其功能是每隔一定的時(shí)間運(yùn)行一次對(duì)應(yīng)的程序，便將一個(gè)連續(xù)的物理過程轉(zhuǎn)換為步進(jìn)的物理過程，只要設(shè)置的時(shí)間間隔足夠小，肉眼觀看時(shí)便是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)畫.

1.2 賦值程序

賦值程序既可以放在按鈕中，也可以放在第一幀，或者將一部分整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程都需要用到的放在第一幀，其他的放在對(duì)應(yīng)的按鈕中.以彈簧振子的演示為例，在第一幀進(jìn)行了如下賦值：

sign=1;//按鈕信號(hào)標(biāo)識(shí)變量

danwei=0.0001;//屏幕坐標(biāo)與現(xiàn)實(shí)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換比值，1屏幕單位=0.000 1 m

xzuobiao=500;yzuobiao=500;Ekzuobiao=100000;Epzuobiao=400//繪圖時(shí)xy坐標(biāo)的伸縮

m1=0.1;m2=0.1;//兩個(gè)物體的質(zhì)量

a=cara._x;b=carb._x;//獲取兩個(gè)物體的位置

c=tanhuang._x;//彈簧的位置

d=c-a;//彈簧到物體a的距離

l=b-a;//兩個(gè)物體之間的距離

t=0;//時(shí)間初始值

v1=0.05;v2=0;//程序賦予初始速度

//文本框輸入初始值可改為以下程序

//v1=v1.text;v2=v2.text//從名字為v1，v2的輸入文本框中獲取值[1-2]

Ek= 4*(1/2*m1*v1*v1+1/2*m2*v2*

v2)*danwei*danwei;Ep=0;//初始動(dòng)能和勢能

v11=v1;v22=v2;//速度的中間變量

1.3 運(yùn)動(dòng)程序

推導(dǎo)出物體運(yùn)動(dòng)的方程式，按照步進(jìn)的方式設(shè)計(jì)程序，每刷新一次更新一次位置，基本框架如下：

function yundongmingcheng()

{ if(物體處于允許的運(yùn)動(dòng)范圍){

{t=t+1;運(yùn)動(dòng)程序，代入物理方程式，更新物體所處位置}

else{停止循環(huán)程序}

}

以彈簧振子的演示為例，運(yùn)動(dòng)程序如下：

functiontanhuangzhenzi()

{

if(carb._x<900)//控制物體在屏幕邊界內(nèi)

{t=t+1;//時(shí)間增加

cara._x=v1/danwei/100 +cara._x;

carb._x=v2/danwei/100 +carb._x;//物體按t時(shí)刻各自的速度運(yùn)動(dòng)一個(gè)時(shí)間間隔

Ek=4*(1/2*m1*v1*v1+1/2*m2*v2*

v2);//計(jì)算t時(shí)刻的動(dòng)能

Ep=2*Math.abs(1/2*(l-(carb._x-cara._x))*0.03*0.03);//計(jì)算t時(shí)刻的彈性勢能

F=(l-(carb._x-cara._x))*danwei*0.03;//計(jì)算t+1時(shí)刻彈簧的彈力，其中彈簧勁度系數(shù)κ=0.03 N/m

v2=(m2*v2+F)/m2;v1=(m1*v1-F)/m1;//計(jì)算t+1時(shí)刻的速度

tanhuang._x=(carb._x+cara._x+42+42)/2;//計(jì)算彈簧的位置，根據(jù)所畫物體的大小調(diào)整

tanhuang._xscale=(carb._x-cara._x-76.5)

/(l-76.5)*100;//控制彈簧伸縮，根據(jù)所畫物體的大小調(diào)整

}

else{clearInterval(bj);//運(yùn)動(dòng)到邊界時(shí)停止循環(huán)程序}

}

1.4 循環(huán)程序

Flash中用于循環(huán)的程序有幾個(gè)，此處推薦使用setInterval(程序名稱,時(shí)間間隔)，通過對(duì)循環(huán)運(yùn)行運(yùn)動(dòng)函數(shù)，在屏幕上便可以看到連續(xù)的動(dòng)畫[3].該函數(shù)的使用方法很簡單，如下：

var bj;//隨便起一個(gè)名字

bj=setInterval(tanhuangzhenzi,10);//每隔10ms運(yùn)動(dòng)一次tanhuangzhenzi函數(shù)

停用循環(huán)函數(shù)的指令為clearInterval(bj)，該指令可放置到運(yùn)動(dòng)函數(shù)中，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)到屏幕邊界時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，也可以根據(jù)需要放置到暫停、停止按鈕中.

1.5 運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)

動(dòng)畫中物體運(yùn)動(dòng)的快慢，是由循環(huán)程序每運(yùn)行一次運(yùn)動(dòng)程序時(shí)，物體在屏幕坐標(biāo)中的增加量決定的.因此，需要在賦值程序中，定義一個(gè)變量danwei，單位為：米/屏幕坐標(biāo)，在運(yùn)動(dòng)程序的公式中，需要時(shí)刻注意保持等式兩邊量綱一致.這個(gè)變量設(shè)置為多少，可在最后調(diào)試動(dòng)畫時(shí)，根據(jù)個(gè)人喜好進(jìn)行調(diào)整.同時(shí)，還需要注意循環(huán)程序中的時(shí)間間隔，如在彈簧振子的動(dòng)畫中，該時(shí)間間隔設(shè)為10 ms，而在運(yùn)動(dòng)程序中，速度的單位是m/s，因此在更新物體在屏幕的位置時(shí)，不僅要轉(zhuǎn)換為屏幕的坐標(biāo)，還需要除以100，例：cara._x=v1/danwei/100 +cara._x.靈活調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)，可以調(diào)節(jié)動(dòng)畫的快慢.

2 按鈕防誤按設(shè)計(jì)

為動(dòng)畫設(shè)置播放、暫停、停止按鈕，可使動(dòng)畫隨時(shí)可控，便于觀察.在按鈕的設(shè)置中，為避免重復(fù)按同一個(gè)按鈕導(dǎo)致程序出錯(cuò)，可進(jìn)行如下設(shè)置：

if(sign!=3)//當(dāng)按鈕標(biāo)識(shí)變量不等于3時(shí)，運(yùn)行程序

{按下按鈕運(yùn)行的程序

sign=3;}//運(yùn)行完程序后，將按鈕標(biāo)識(shí)變量設(shè)置為3

else{break;}//再次點(diǎn)擊該按鈕時(shí)，由于sign=3，直接退出，不運(yùn)行程序

對(duì)不同的按鈕設(shè)置不同的標(biāo)識(shí)變量，便可以保證重復(fù)按同一按鈕無效，必須按了其他按鈕之后才能再次按本按鈕.

3 函數(shù)曲線的描繪

在演示物理運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往需要用v-t圖像、E-t圖像來輔助理解，下面將介紹使用Flash來描繪函數(shù)圖像的方法[3，4].

3.1 描點(diǎn)程序介紹

第一部分：

_root.createEmptyMovieClip("pointv1", 1);//系統(tǒng)自動(dòng)新建一個(gè)名為pointv1的空白影片剪輯

pointv1.lineStyle(2,0xff0000,100); //設(shè)置線條的顏色，可在flash的顏色面板中查看

pointv1.moveTo(245.35,545-5*yzuobiao);

//設(shè)置起始位置(x,y)

第二部分：

onEnterFrame = function () {//從進(jìn)入界面開始不斷循環(huán)下面的描繪程序

pointv1.lineTo(245.35+t*xzuobiao,545-v1*yzuobiao); //描繪程序，描繪到下一時(shí)刻(x,y)的位置

}

將此程序放在第一幀的位置即可，如需要畫多條線段，可重復(fù)第一部分的設(shè)置，然后在第二部分的大括號(hào)內(nèi)添加描繪程序.當(dāng)演示程序運(yùn)行時(shí)，線條便會(huì)自動(dòng)出現(xiàn).

清除函數(shù)圖像的函數(shù)是pointv1.clear()，可放在停止按鈕中.值得注意的是，為了再次運(yùn)行能夠畫出圖像，需要在清除之后放置描點(diǎn)程序的第一部分和第二部分.

3.2 橫縱坐標(biāo)的伸縮

由于相關(guān)的物理量都是用國際標(biāo)準(zhǔn)單位表示的，但呈現(xiàn)在屏幕中時(shí)，是按照Flash自帶的坐標(biāo)系，故需要進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換.在賦值函數(shù)中，需要加入標(biāo)識(shí)變量xzuobiao，yzuobiao，并在描繪程序中乘上該變量.通過改變該變量，便能實(shí)現(xiàn)函數(shù)圖像的伸縮.若有多個(gè)不同單位的物理量，還可以設(shè)置更多的標(biāo)識(shí)變量.

整體框架如圖2和圖3所示.

圖2 有按鈕控制的整體框架

圖3 無按鈕自動(dòng)循環(huán)播放的整體框架

如果要制作一個(gè)由按鈕控制的動(dòng)畫，可按圖2的框架在對(duì)應(yīng)位置放置相應(yīng)的程序.彈簧振子的動(dòng)畫效果如圖4動(dòng)畫效果圖所示.如果要制作一個(gè)無按鈕控制自動(dòng)循環(huán)播放的動(dòng)畫，可按圖 3 無按鈕自動(dòng)循環(huán)播放的整體框架的框架在對(duì)應(yīng)位置放置相應(yīng)的程序.

圖4 動(dòng)畫效果圖

5 結(jié)語

通過使用setInterval()函數(shù)，可以非常簡易地用動(dòng)畫演示由物理方程控制的物體運(yùn)動(dòng)，并通過變量“danwei”來調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的快慢.巧妙地利用if函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)由按鈕控制播放、暫停和停止，同時(shí)避免誤按.本文還提供了在Flash上描繪函數(shù)圖像的辦法.根據(jù)需要，可按不同框架搭建程序，既可由按鈕控制，也可以無按鈕控制自動(dòng)循環(huán).該制作動(dòng)畫的方法可以非常方便地實(shí)現(xiàn)其他運(yùn)動(dòng)過程的演示，只需要改變運(yùn)動(dòng)程序的物理公式部分就行.

1 張靖.在Flash中實(shí)現(xiàn)文本框數(shù)據(jù)的存取.煤炭技術(shù),2012,31(5)

2 李佩,張紅.對(duì)Flash動(dòng)態(tài)文本和輸入文本的認(rèn)識(shí).硅谷,2010(3): 91

3 鐘子云.基于定時(shí)循環(huán)事件的動(dòng)畫技術(shù).計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2003(S2): 89～91

4 姚炯,沈小娟.物理課件中阻尼振動(dòng)圖象的繪制.中國教育技術(shù)裝備,2008(18): 70～72