JavaScript绘制超真实自由落体，从零构建物理引擎模拟现实世界

2023-11-05 07:42:17

壹、概念回顾

在开始之前，让我们快速回顾一下与自由落体相关的基本物理概念。自由落体是指物体在重力作用下，不受其他阻力的影响而下落的过程。在这种情况下，重力是唯一作用于物体的力。

1. 重力势能

重力势能是指物体由于其位置而具有的能量。重力势能的公式为：

Ep = mgh

其中：

Ep 是重力势能
m 是物体的质量
g 是重力加速度
h 是物体的高度

2. 动能

动能是指物体由于其运动而具有的能量。动能的公式为：

Ek = (1/2)mv^2

其中：

Ek 是动能
m 是物体的质量
v 是物体的速度

3. 能量守恒定律

能量守恒定律指出，能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。在自由落体的情况下，重力势能转化为动能。

贰、构建物理引擎

现在，我们已经回顾了与自由落体相关的基本物理概念，让我们开始构建物理引擎。我们将使用JavaScript和canvas来创建这个引擎。

1. 创建画布

首先，我们需要创建一个canvas元素。canvas元素是一个矩形区域，可以在其中绘制图形和图像。

<canvas id="canvas" width="500" height="500"></canvas>

2. 获取画布上下文

接下来，我们需要获取canvas元素的上下文。上下文对象允许我们在canvas上绘制图形和图像。

var ctx = canvas.getContext("2d");

3. 定义重力

现在，我们需要定义重力。重力是物体之间的一种吸引力，它与物体的质量成正比。

var gravity = 9.8;

4. 定义时间步长

时间步长是物理引擎中使用的增量。它决定了物理引擎更新状态的频率。

var timeStep = 0.01;

5. 定义球

现在，我们需要定义球。球是一个具有质量和位置的物体。

var ball = {
  mass: 1,
  position: {
    x: 100,
    y: 100
  }
};

6. 定义地面

现在，我们需要定义地面。地面是一个具有位置的物体。

var ground = {
  position: {
    y: 400
  }
};

叁、模拟自由落体

现在，我们已经定义了物理引擎的所有元素，我们可以开始模拟自由落体了。

function update() {
  // 更新球的速度
  ball.velocity.y += gravity * timeStep;

  // 更新球的位置
  ball.position.y += ball.velocity.y * timeStep;

  // 检测球是否触地
  if (ball.position.y > ground.position.y) {
    // 球触地后反弹
    ball.velocity.y = -ball.velocity.y * 0.9;
    ball.position.y = ground.position.y;
  }

  // 绘制球
  ctx.fillStyle = "red";
  ctx.beginPath();
  ctx.arc(ball.position.x, ball.position.y, 10, 0, 2 * Math.PI);
  ctx.fill();

  // 绘制地面
  ctx.fillStyle = "black";
  ctx.fillRect(0, ground.position.y, 500, 10);

  // 循环调用update函数
  requestAnimationFrame(update);
}

update();