Тема: рух об’єктів: використання таймера, рух, моделювання гри мовою C++.

Мета:

• навчити учнів створювати програми мовою C++ з використанням таймера;
• розвинути:
  • уважність;
  • здатність логічно мислити;
  • розраховувати час виконання роботи;
  • уміння використовувати набуті знання й уміння;
• виховати:
  • самодисципліну;
  • відповідальність за якісне виконання роботи.

Обладнання: комп'ютери зі встановленими ОС, браузером, середовищем CodeBlocks для програмування мовою С++ з використанням бібліотеки wxWidgets, (дана) інструкція.

Структура уроку

1. Організаційний момент.
2. Актуалізація опорних знань.
3. Вивчення нового матеріалу.
4. Інструктаж з ТБ.
5. Вироблення практичних навичок.
6. Підбиття підсумків уроку.
7. Домашнє завдання.

Хід уроку
1. Організаційний момент
Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Перевірка виконання домашнього завдання.

2. Актуалізація опорних знань

Протлумачити дію вказівок мовою С++

wxString s=wxT("");
s=TextCtrl1->GetValue();
s.ToDouble(&a);
wxMessageDialog *d = new wxMessageDialog(NULL,wxT("Щось…"), wxT("Десь…"),wxOK);
d->ShowModal();
wxPaintDC z(Panel1);
z.SetBrush(wxColor(150,200,255));
z.SetPen(wxPen(wxColor(150,200,255),1));
z.DrawRectangle(x,y,a,b);
z.DrawCircle(wxPoint(x,y),r);
z.DrawBitmap(wxBitmap(wxT("b.png"),wxBITMAP_TYPE_PNG),x,y,true);

і порівняти з очікуваними відповідями:

• wxString s=wxT("");
  — ініціалізація порожнього рядка wxWidgets;

• s=TextCtrl1->GetValue();
  — зчитування даних з поля TextCtrl1 у рядок s;

• s.ToDouble(&a);
  — перетворення значення рядка s у значення десяткового дробу a;

• wxMessageDialog *d = new wxMessageDialog(NULL,wxT("Щось…"), wxT("Десь…"),wxOK);
  — створення вікна діалогу d з повідомленням "Щось…" і заголовком "Десь…";

• d->ShowModal();
  — виведення (модального) вікна d;

• wxPaintDC z(Panel1);
  — опис об'єкта для малювання, нащадка Panel1. Усі наступні вказівки стосуються дій з таким об'єктом;

• z.SetBrush(wxColor(150,200,255));
  — встановлення (блакитного) кольору запов­нення (150, 200, 255) моделі RGB;

• z.SetPen(wxPen(wxColor(150,200,255),1));
  — встановлення кольору (150, 200, 255) для контура ширини 1 піксель;

• z.DrawRectangle(x,y,a,b);
  — зображення прямокутника розміру a × b з лівим верхнім кутом у точці (x, y);

• z.DrawCircle(wxPoint(x,y),r);
  — зображення круга з центром (x, y ) і радіусом r;

• z.DrawBitmap(wxBitmap(wxT("b.png"),wxBITMAP_TYPE_PNG),x,y,true);
  — виведення зображення з файлу b.png поточної теки у прямокутник, лівий верхній кут якого — у точці (x, y).

3. Вивчення нового матеріалу

Таймер-планувальник — вбудований засіб бібліотеки wxWidgets зі вкладення Tools, що задає виклик функції OnTimer*Trigger через проміжок часу, вказаний розробником з точністю до мілісекунди.

У назві функції OnTimer*Trigger — обробника події звернення до таймера — замість зірочки буде записано номер таймера у порядку його встановлення на форму. Таймер, на відміну від циклу, дозволяє виконувати певні дії декілька разів, дозволяючи виконувати інші дії у проміжках між зверненнями таймера.

4. Інструктаж з ТБ
5. Вироблення практичних навичок

Завдання. Створити комп'ютерну програму мовою С++ для гри «Гармата». Мета гри: для даних розташування цілі й початкової швидкості підібрати кут запуску ядра для ураження цілі.

Математична модель. Для зручності програмного втілення систему координат доцільно вибрати таким чином:

• абсциса зростає зліва направо;
• ордината зростає згори донизу;
• розмір одного пікселя відповідає 1 м.

Вважати, що рух тіла є рівномірним по горизонталі і зі сталим прискоренням по вертикалі при нехтуванні опором повітря. Інакше кажучи, вважати, що координати центра ядра залежать від часу t таким чином:

x = x₀ + v_0x · t,
y = y₀ + v_0y · t + g · t²/2.

Тут:

• (x₀, y₀) = (0, 400) — початкові координати центра ядра у метрах;
• (v_0x, v_0y) = (v₀ · cos α, − v₀ · sin α) — координати початкової швидкості ядра у м/с;
• α — градусна міра кута нахилу гармати над горизонтом — строго між 0 і 90;
• v₀ — абсолютна величина (модуль) початкової швидкості ядра у м/с;
• g = 9,8 — прискорення вільного падіння у м/с².

При виконанні завдання використати конкурс ідей і порівнювати з демонстраційним розв'язанням (для перегляду здійснювати перехід за гіперпосиланням).

Вказівки до виконання завдання:

1. У середовищі CodeBlocks у вказаній учителем теці створити проєкт game з використанням бібліотеки wxWidgets з такими параметрами:

   • Prefered GUI — Builders;
   • Application Type — Frame Based.

2. Видалити об'єкти: MenuBar1 і StatusBar1, виділивши їхні зображення (клацнувши на них лівою кнопкою миші) над зображенням форми і натиснувши клавішу Delete.

3. Надати властивостям форми значення (тут і нижче у тексті вказано лише ті властивості, значення яких потрібно змінити):

   • Title — gun;
   • Width — 800;
   • Height — 450.

4. Отримати форму для гри такого вигляду,
   

   розташувавши на формі об'єкти з вкладення Standard (Стандартне):

   • wxStaticText — 3 написи з такими значеннями властивостей:

   Label	Target coordinates	Angle	Velosity
   X	1	140	220
   Y	4	10	10
   Width	68	36	45
   Height	36	24	24

   
   
   • wxTextCtrl — 4 поля для введення даних з такими значеннями властивостей:

   Text	33	33	45	88
   X	70	100	180	270
   Y	6	6	6	6
   Width	30	30	24	70
   Height	24	24	24	240

   
   
   • wxButton — кнопка з такими значеннями властивостей:

   Label	Fire!
   X	360
   Y	6
   Width	36
   Height	24

   • wxPanel — панель з такими значеннями властивостей:

     X	0
     Y	50
     Width	800
     Height	400
     Background	(150,200,255)

     Щоб змінити значення Вackground (кольору тла), потрібно клацнути лівою кнопкою миші праворуч від початкового значення, з випадного списку вибрати Custom

     

     у вікні діалогу Choose color задати координати кольору схеми RGB і на натиснути кнопку Гаразд.

     

   • Custom — користувацький віджет (покласти на панель) з такими значеннями властивостей:

   Creating code	$(THIS) = new $(CLASS)($(PARENT));
   Include file	wx/dcclient.h
   Var name	z
   Class name	wxPaintDC
   X	0
   Y	0
   Width	800
   Height	400

   Щоб змінити значення Creating code (коду породження), потрібно клацнути лівою кнопкою миші праворуч від відповідного значення

   

   і у вікні діалогу Creating code вилучити зайві символи, після чого натиснути на кнопку Гаразд.

   

5. Створити обробник події натискання кнопки з написом Fire! (Вогонь!):

   • виділити кнопку з написом Fire!, клацнувши на ній лівою кнопкою миші, і перейти до розгляду подій, натиснувши кнопку із зображенням фігурних дужок {};

     

   • навести вказівник миші на рядок з написом None (Жодного) праворуч від напису EVT_BUTTON, клацнути лівою кнопкою миші і з випадного меню вибрати Add new handler (Додати новий обробник);

     

   • у вікні діалогу New handler (Новий обробник) підтвердити створення обробника OnButton1Click події натискання кнопки Button1, натис­нувши кнопку Гаразд.

     

6. Виставити на панель таймер з вкладення Tools і виставити проміжок між вмиканнями 50 мілісекунд, що відповідає частоті 20 кадрів на секунду.

   

7. Створити обробник події вмикання таймера:

   • виділити таймер, клацнувши на ній лівою кнопкою миші, і перейти до розгляду подій, натиснувши кнопку із зображенням фігурних дужок {};

   • навести вказівник миші на рядок з написом None (Жодного) праворуч від напису EVT_BUTTON, клацнути лівою кнопкою миші і з випадного меню вибрати Add new handler (Додати новий обробник);

     

   • підтвердити створення події OnTimer1Trigger вмикання таймера, натиснувши кнопку з написом Гаразд у вікні діалогу New hadler (Новий обробник);

     

8. Описати глобальні змінні:

   bool b=true; 
   double a, v0, v0x, v0y, x_1=-10, y_1=-10, x, y, t, dt=0.05, g=9.8, x_0=0, y_0=400;

   з таким тлумаченням:
   • b — чи є потреба змінювати зображення;
   • a — кут нахилу гармати;
   • v0 — абсолютна величина (модуль) початкової швидкості;
   • v0x — складова початкової швидкості по горизонталі;
   • v0y — складова початкової швидкості по вертикалі;
   • x1 — абсциса центра цілі;
   • y1 — ордината центра цілі;
   • x — поточна абсциса центра ядра;
   • y — поточна ордината центра ядра;
   • t — поточний час моделі;
   • dt — приріст часу між виведенням зображень математичної моделі ;
   • g — прискорення земного тяжіння;
   • x0 — початкова абсциса центра ядра;
   • y0 — початкова ордината центра ядра.

9. Описати функцію OnButton1Click коду minerMain.cpp — обробник події натискання на кнопку з написом Fire!, що містить таке:

   • зчитування з полів введення значень x1, y1, a, v0;
   • при справдженні виразу:

     (0<x1) && (x1<800) && (0<y1) && (y1<400) && (0<a) && (a<90) && (0<v0) && (v0<900)

     здійснення такого:

     • перехід до радіанної міри кута нахилу;

     • обчислення складових початкової швидкості по горизонталі й по вертикалі;

     • надання значення t = 0; b=true;

     Інакше — при хибності виразу — виведення вікна діалогу з таким повідомленням: "Хибні параметри: абсциса цілі має бути у межах від 0 до 800, ординати цілі — від 0 до 400, кут нахилу гармати — від 0 до 90, початкова швидкість — від 0 до 900."

   Порівняти створене з очікуваним.

10. Описати функцію OnTimer1Trigger коду minerMain.cpp — обробник події вмикання таймера, що при справдженні b передбачає таке:

    • опис об'єкта для малювання;

    • заповнення об'єкта для малювання блакитним кольором — (150, 200, 255) у моделі RGB;

    • зображення цілі — круга червогого кольору з радіусом 4 пікселів і центром з координатами x1, y1;

    • обчислення поточних координат ядра;

    • зображення ядра кругом чорного кольору з радіусом 4;

    • якщо відстань між центрами ядра й цілі менша від суми їхніх радіусів — виведення такого зображення

      

      і надання значення b=false;

    • при виході центра ядра за межі зображуваного прямокутника [0;800]×[0;400] — надання значення b=false;

    • збільшення поточного значення часу t на dt;

    Порівняти створене з очікуваним.

11. Перевірити правильність виконання проекту. Для цього на панелі інструментів середовища CodeBlocks натиснути (у вказаному порядку) такі кнопки:
    
    Save all files (Зберегти всі файли);
    Build (Побудувати);
    Run (Запустити).
    
    Замість натискання двох останніх кнопок можна натиснути одну:
    
    Build and run (Побудувати і запустити).
    
    У разі потреби внести зміни у код програми.

12. Повідомити вчителя про завершення роботи над проектом.

6. Підбиття підсумків уроку
Обговорення проблем виконання завдання. Виставлення оцінок.

7. Домашнє завдання

У разі потреби доробити завдання. Удосконалити проект, передбачивши можливість врахування сили опору повітря, що дорівнює добутку значення деякої сталої γ (передбачити введення її додатного значення з нового поля введення на формі) і швидкості руху ядра, але спрямована протилежно до напрямку цієї швидкості. Використати такі співвідношення:

x = x₀ + v_x0 · (1 − e ^{− γt} ) · γ ^{− 1},

y = y₀ + (v_y0 · (1 − e ^{− γt} ) + gt ) · γ ^{− 1} + (e ^{− γt} − 1) · g · γ ^{− 2}.

Ці рівняння можна отримати, розв'язавши систему диференціальних рівнянь:

x' = v_x ,
y' = v_y ,
(v_x)' = − γ · v_x ,
(v_y)' = − γ · v_y + g

з такими початковими значеннями:

x(0) = x₀ ,
y(0) = y₀ ,
v_x(0) = v_x0 ,
v_y(0) = v_y0 .

Теорію диференціальних рівнянь вивчають у вищій школі, тому виведення рівнянь тут не подано.

Текст упорядкував Олександр Рудик.