太陽系行星運動模型

• 基本思路
• 此程序的核心算法
• • 遇到的問題和解決辦法
  • • 完整代碼和運行效果

基本思路

首先，為了讓行星運動看起來更加地逼真，采用斜二測畫法計算行星的軌道，并將其繪制出來，再將無背景的PNG行星圖片按照一定的大小比例繪制在對應的軌道上的某一點。同時，為了讓行星運動起來，我們需要用一個循環，不停地計算行星的坐標，并將其繪制。在這之前，要將之前繪制的所有圖片進行擦除，也就是清屏（這一操作放在循環當中）。在執行循環的過程中要在繪制圖片和清屏之前加上一個時間間隔，這樣才能讓我們看到圖片。這樣呈現出的效果就是每個行星在其對應的軌道上運動。這個過程采用一個線程來執行。

此程序的核心算法

計算軌道的方程和計算行星的坐標在原理上是一致的，繪制軌道就是把行星在軌道上的每一點的坐標計算出來，并畫上一個點，為了讓效果更加明顯，我采用了繪制一個半徑為2個像素點的圓形的辦法。

接下來我們考慮如何來計算軌道上每個點的坐標。因為考慮到行星運動近似圓周運動，因此我們采用將極坐標轉化為直角坐標系的辦法，即確定了軌道半徑和角度，便可以計算出該坐標了。

數學公式如下：
y=√2/4 × r × sin(θ）
x=r × cos(θ)+y

在程序中定義的角度angle是一般的角度，要將它轉換成弧度制，于是前面的θ應該寫成（angle/180)*π。具體的實現方法如下：

/*** * @param r 半徑* @param angle 角度* @return 行星相對運動中心的Y坐標*/public int setY(double r,double angle) {//由于屏幕中的原點是在左上角，因此y坐標添加一個負號return -(int)(r*Math.sin((angle/180)*Math.PI)*Math.sqrt(2)/4);}public int setX(double r,double angle,int y) {return (int)(r*Math.cos((angle/180)*Math.PI))-y;}

計算出的這些坐標需要加上屏幕中心點的坐標（讓軌道移動到屏幕中間）。

遇到的問題和解決辦法

在繪制行星的過程中要考慮哪個行星先畫，原則上y坐標較小的先畫（在屏幕上y坐標更小意味著它距離觀測點更遠）。這樣，當行星圖片重疊時，相對觀測點更近的圖片后畫便可以覆蓋更遠的那張圖片，可以呈現更加真實的效果。當考慮多個行星的重疊問題時，它的情況變得十分復雜，目前只能對處于中央的太陽、水星、金星做了相應的處理，對于其他的行星通過控制他們間的距離避免圖像重疊問題。但這種方法使得離太陽的距離比例不夠協調（雖然本來比例就無法真實還原，因為太陽相對地球等行星，它的半徑過于大，并且木星與太陽的距離是地球與太陽的距離的29倍之多）。

除了行星間的圖片重疊問題，還有軌道繪制問題，一般情況下，軌道最先畫，確保軌道不會擋住行星，但考慮到中央的太陽會將水星與金星的一部分軌道覆蓋，所以這部分的軌道繪制也要做特殊處理。

還有一個小問題，軌道是具有寬度的，要讓行星的中心位于軌道的中心就要做相應的調整。具體實現如下：

for (int i = 0; i < 2700; i++) { //中間會發生重疊的軌道分為兩部分分開畫int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1; } if (y[1] > 0) {// 水星在太陽前if (y[2] > 0) {// 金星在太陽前g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {//另一半軌道int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);} else {// 金星在太陽后g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {//另一半軌道int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);} } else {//水星在太陽后if (y[2] > 0) {//金星在太陽前g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {//另一半軌道int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);} else {//金星在太陽后g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {//另一半軌道int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}} }

完整代碼和運行效果

由于屏幕大小有限，天王星和海王星沒有繪制。
（點開視頻前請將音量調小一點，該視頻聲音略大）

Java模擬太陽系行星運動模型

package com.Solar201028;import java.awt.BorderLayout; import java.awt.Color; import java.awt.Graphics; import java.awt.image.BufferedImage;import javax.swing.ImageIcon; import javax.swing.JButton; import javax.swing.JFrame; import javax.swing.JPanel; import javax.swing.JWindow;public class SunSystem extends JFrame{public static void main(String[] agrs) {SunSystem sun=new SunSystem();sun.mysun();}public void mysun() {this.setTitle("太陽系行星運動模型");this.setSize(1900,1020);this.setLocationRelativeTo(null);this.setDefaultCloseOperation(3);JPanel mainjp=new JPanel();this.add(mainjp);//主面板Listener move=new Listener();mainjp.addMouseListener(move);this.setVisible(true);Graphics g=mainjp.getGraphics();move.setG(g);}} package com.Solar201028;import java.awt.Graphics; import java.awt.event.ActionEvent; import java.awt.event.ActionListener; import java.awt.event.MouseEvent; import java.awt.event.MouseListener;import javax.swing.JButton;public class Listener implements MouseListener{private int begin=0;private Planet planet=new Planet();public void setG(Graphics g) {planet.setG(g);}@Overridepublic void mouseClicked(MouseEvent e) {}@Overridepublic void mousePressed(MouseEvent e) {}@Overridepublic void mouseReleased(MouseEvent e) {if(begin==0) {begin++;planet.start();}planet.turn();//控制開始與暫停}@Overridepublic void mouseEntered(MouseEvent e) {}@Overridepublic void mouseExited(MouseEvent e) {}} package com.Solar201028;import java.applet.Applet; import java.applet.AudioClip; import java.awt.Color; import java.awt.Graphics; import java.awt.image.BufferedImage; import java.io.File; import java.net.MalformedURLException; import java.net.URI; import java.net.URL; import java.util.Random;import javax.swing.ImageIcon;public class Planet extends Thread{private static final int CENTRAL_X=942;//中心X坐標private static final int CENTRAL_Y=490;//中心Y坐標private static final int LINE_SIZE=4;//軌道寬度//依次為太陽，水星，金星，地球，月球，火星，木星，土星，天王星，海王星的尺寸private int[] size= {200,15,30,36,12,25,80,100,70,70};//依次為，水星，金星，地球，月球，火星，木星，土星，天王星，海王星的軌道半徑,第一位0空出，使數組與size對應private double[] r= {0,90,160,300,60,450,600,820,900,1000};private int[] x=new int[9];//行星的X坐標private int[] y=new int[9];//行星的Y坐標private double[] angle=new double[9]; //繪制行星所需角度private double line_angle=0;//繪制軌道時所需的角度private URI uri;private URL url;private AudioClip ac; private boolean turn=false;private Graphics G; //面板畫布public void setG(Graphics g) {this.G=g;}public void turn() {this.turn=!this.turn;}/*** * @param r 半徑* @param angle 角度* @return 行星相對運動中心的Y坐標*/public int setY(double r,double angle) {return -(int)(r*Math.sin((angle/180)*Math.PI)*Math.sqrt(2)/4);}public int setX(double r,double angle,int y) {return (int)(r*Math.cos((angle/180)*Math.PI))-y;}public void run() {for(int i =0;i<angle.length;i++) {angle[i]=new Random().nextInt(360); //讓行星從軌道上隨機的一個位置出發}//創建緩沖圖片BufferedImage buff=new BufferedImage(1900,1000,BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);Graphics g=buff.getGraphics();ImageIcon background=new ImageIcon("image/cosmos.jpg");ImageIcon Sun =new ImageIcon("image/太陽.png");ImageIcon Mercury =new ImageIcon("image/水星.png");ImageIcon Venus =new ImageIcon("image/金星.png");ImageIcon Earth =new ImageIcon("image/地球.png");ImageIcon Moon = new ImageIcon("image/月球.png");ImageIcon Mars = new ImageIcon("image/火星.png");ImageIcon Jupiter = new ImageIcon("image/木星.png");ImageIcon Saturn = new ImageIcon("image/土星.png"); // ImageIcon Uranus = new ImageIcon("image/天王星.png"); // ImageIcon Neptune = new ImageIcon("image/海王星.png");//添加背景音樂File f1 = new File("music/Cornfield Chase.wav");try {uri = f1.toURI();url = uri.toURL();} catch (MalformedURLException e1) {// TODO Auto-generated catch blocke1.printStackTrace();}ac = Applet.newAudioClip(url);ac.loop();while (true) {try {Thread.sleep(42);} catch (InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}if (turn) {g.drawImage(background.getImage(), 0, 0, buff.getWidth(), buff.getHeight(), null);for (int i = 1; i < 8; i++) {y[i] = setY(r[i], angle[i]);x[i] = setX(r[i], angle[i], y[i]);}g.setColor(Color.BLACK);for (int i = 0; i < 3600; i++) {//軌道for (int j = 3; j < 8; j++) {if (j == 4) {int y0 = setY(r[j], line_angle);int x0 = setX(r[j], line_angle, y0);g.fillOval(x0 + x[3] + CENTRAL_X - 2, y0 + y[3] + CENTRAL_Y - 2, 4, 4); //月球軌道} else {int y0 = setY(r[j], line_angle);int x0 = setX(r[j], line_angle, y0);g.fillOval(x0 + CENTRAL_X - 2, y0 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);}}line_angle += 0.1;}for (int i = 0; i < 2700; i++) { //中間會發生重疊的軌道分為兩部分分開畫int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}if (y[1] > 0) {// 水星在太陽前if (y[2] > 0) {// 金星在太陽前g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);} else {// 金星在太陽后g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);}} else {//水星在太陽后if (y[2] > 0) {//金星在太陽前g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);} else {//金星在太陽后g.drawImage(Venus.getImage(), x[2] + CENTRAL_X - size[2] / 2, y[2] + CENTRAL_Y - size[2] / 2,size[2], size[2], null);g.drawImage(Mercury.getImage(), x[1] + CENTRAL_X - size[1] / 2, y[1] + CENTRAL_Y - size[1] / 2,size[1], size[1], null);g.drawImage(Sun.getImage(), CENTRAL_X - size[0] / 2, CENTRAL_Y - size[0] / 2, size[0], size[0],null);for (int i = 0; i < 900; i++) {int y1 = setY(r[1], line_angle-20);int x1 = setX(r[1], line_angle-20, y1);g.fillOval(x1 + CENTRAL_X - 2, y1 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);int y2 = setY(r[2], line_angle-20);int x2 = setX(r[2], line_angle-20, y2);g.fillOval(x2 + CENTRAL_X - 2, y2 + CENTRAL_Y - 2, 4, 4);line_angle += 0.1;}}}g.drawImage(Earth.getImage(), x[3] + CENTRAL_X - size[3] / 2, y[3] + CENTRAL_Y - size[3] / 2, size[3],size[3], null);g.drawImage(Moon.getImage(), x[4] + x[3] + CENTRAL_X - size[4] / 2,y[4] + y[3] + CENTRAL_Y - size[4] / 2, size[4], size[4], null);g.drawImage(Mars.getImage(), x[5] + CENTRAL_X - size[5] / 2, y[5] + CENTRAL_Y - size[5] / 2, size[5],size[5], null);g.drawImage(Jupiter.getImage(), x[6] + CENTRAL_X - size[6] / 2, y[6] + CENTRAL_Y - size[6] / 2, size[6],size[6], null);g.drawImage(Saturn.getImage(), x[7] + CENTRAL_X - size[7] / 2, y[7] + CENTRAL_Y - size[7] / 2, size[7],size[7], null);// 將緩沖圖片畫到面板上G.drawImage(buff, 0, 0, null);// 運動速度angle[1] += 4;angle[2] += 1.5;angle[3] += 1;angle[4] += 12;angle[5] += 0.5;angle[6] += 0.1;angle[7] += 0.06;}}} }

背景音樂和圖片就不提供了，有興趣的讀者可以自行尋找圖片和背景音樂。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java太阳系行星运动模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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