C#: таймео

Розробка уроку — практичної роботи

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;
виховати:
- самодисципліну;
- відповідальність за якісне виконання роботи.

Обладнання: комп’ютери зі встановленими ОС, інтегроване середовище програмування MonoDevelop, бібліотек Cairo і Gtk# 3.0.

Структура уроку

Організаційний момент.
Актуалізація опорних знань.
Вивчення нового матеріалу.
Інструктаж з ТБ.
Вироблення практичних навичок.
Підбиття підсумків уроку.
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

Для створення програмного втілення гри «Гармата» згадаємо вже знайомі класи й методи:

бібліотеки GTK#:
- контейнери Hbox, Vbox;
- елементи керування Button, Label, Entry;
- вікно діалогу MessageDialog;
бібліотеки Cairo:
- методи створення контуру Rectangle, Arc;
- метод виведення Fill.

3. Вивчення нового матеріалу

Таймер-планувальник — вбудований засіб мови програмування, що задає виклик певного методу через проміжок часу, вказаний розробником.

Таймер задає багатократне виконання певних дій, дозволяючи, на відміну від циклу, виконувати інші дії у проміжках між зверненнями таймера.

Застосування таймера вже було розглянуто раніше при вивченні елементів подійно-орієнтованого програмування мови C#.

Альтернативний спосіб застосування таймера мовою С# при використанні MonoDevelop такий:

GLib.Timeout.Add(50, new GLib.TimeoutHandler(OnTimeout));

для виклику кожні 50 мс (час може бути іншим) методу OnTimeout (назва може бути іншою). При створенні анімації на області малювання da метод OnTimeout може мати такий вигляд:

bool OnTimeout() { da.QueueDraw(); return true; }

Тут перша вказівка спричиняє виклик методу перемалювання OnDrawn. Її можна замінити на довільні інші вказівки залежно від змісту завдання програми. Див. приклади використання таймера для анімованих зображень: рухомий текст і обертання відрізка. Ці приклади проілюстровано кодами:

при поєднанні з GKT# 2.0 для компіляції вказівкою терміналу:
mcs 0.cs -pkg:mono-cairo -pkg:gtk-sharp-2.0
при поєднанні з GKT# 3.0 для компіляції як консольного проєкту з під'єднанням певних пакунків.

Для перегляду кодів потрібно перейти за посиланням відповідно 2 і 3.

Завантаження зображення з файлу на область малювання подано у прикладі опрацювання пікселів.

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 для кроків, що передбачають зміну коду, використати конкурс ідей і порівнювати з очікуваним. Для перегляду здійснювати перехід за гіперпосиланням.

Вказівки до виконання завдання (на кожному з кроків 1-6 перевірити можливість компіляції та правильність роботи програми, при потребі змінювати код)

Створити консольний застосунок у середовищі MonoDevelop

з налаштуванням підключення пакунків

з таким замовленням пакунків на початку коду
```
using System;
using Cairo;
using Gdk;
using Gtk;
```

з такими властивостями класу області малювання бібліотеки Cairo

public int
  d = 38,   // відстань від області малювання до верхньої частини екрану   
  w = 800,  // ширина ігрового поля
  h = 450;  // висота ігрового поля
public double
  t  = 0,  // час
  dt =0.05,// приріст часу між послі довними викликами таймера 
  x0 = 0,  // початкова абсциса  зображення ядра
  y0 =450, // початкова ордината зображення ядра
  x,       // поточна абсциса  зображення ядра
  y,       // поточна ордината зображення ядра
  r  = 6,  // радіус зображення ядра
  r_ = 6,  // радіус зображення цілі 
  x_ = 720,// абсциса цілі
  y_ = 383,// ордината цілі
  v0x = 0, // початкова швидкість ядра по горизонталі
  v0y = 0, // початкова швидкість ядра по вертикалі
  g = 9.8; // прискорення земного тяжіння
public bool
  p    = false, // чи є потреба перемальовувати?
  boom = false, // чи влучено у ціль?
  fault= false; // чи центр чорного круга перетнув нижню або праву межу вікна програми?
public ImageSurface surface = new ImageSurface("boom.png"); // зображення вибуху

з таким вікном застосунку.

Порівняти з очікуваним.

У коді класу головного вікна програми описати обробник події натискання кнопки на формі, який зчитує дані з полів введення, переводить градусну міру кута у радіанну, обчислює v_0x і v_0y і надає властивостям p, boom, fault області малювання відповідних значень true, false, false. Порівняти з очікуваним.
У коді класу області малювання описати метод OnTimeout
- зростання значення t на dt;
- перемалювання вказівкою QueueDraw();
- при справдженні boom або fault:
  - виведення інформаційного вікна з повідомленням відповідно "Ви поцілили!" або "Ви схибили!";
  - надання змінній p значення false
для переіодичного виклику й виклик його у класі головного вікна програми кожні 50 мс. Це забезпечує моделюлювання "у режимі реального часу" з мірилом 1 піксель — 1 метр. Порівняти з очікуваним.
У коді методу OnDrawn класу області малювання описати обчислення поточних значень координат центра зображення ядра і властивості fault, відображення ядра й цілі при відсутності контакту між ними. Порівняти з очікуваним.
У коді методу OnDrawn класу області малювання описати імпорт зображення з файлу boom.png поточної теки (де розташовано виконуваний файл) при влученні ядра у ціль і надання змінній boom значення true у цьому випадку. Відображення вибуху здійснювати тоді й лише тоді, коли відстань між центрами зображень ядра й цілі не перевищує суми їхніх радіусів. Центр зображення вибуху бажано розташувати у точці, що поділяє відрізок з кінцями у центрах зображень ядра й цілі у відношенні, оберненій до радіусів зображень, що при дотику збігається з точкою дотику відповідних кіл. Порівняти з очікуваним.
Перевірити правильність роботи програми. У разі потреби змінити код.
Зберегти проєкт у вказану вчителем теку з назвою Ваше_прізвище.
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.