使用Flash動畫演示物體運動過程
——以彈簧振子為例

湛高超 林盼明

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

物理是研究物體運動規律的一門科學，在物理教學中，有大量需要使用動畫的地方，但在網上并不容易找到一個合適的動畫.Flash是一個功能強大的動畫制作軟件，但要精通Flash并不容易.本文介紹一種使用Flash ActionScript 2.0程序的動畫制作方法，簡單易行，為教學提供便利.

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，如質量m1，速度v1等，以及程序需要用到的中間變量、信號標識變量.然后便是控制物體運動的程序，將相關的公式在此輸入.最后便是循環程序，其功能是每隔一定的時間運行一次對應的程序，便將一個連續的物理過程轉換為步進的物理過程，只要設置的時間間隔足夠小，肉眼觀看時便是一個連續的動畫.

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，或者將一部分整個運動過程都需要用到的放在第一幀，其他的放在對應的按鈕中.以彈簧振子的演示為例，在第一幀進行了如下賦值：

sign=1;//按鈕信號標識變量

danwei=0.0001;//屏幕坐標與現實坐標的轉換比值，1屏幕單位=0.000 1 m

xzuobiao=500;yzuobiao=500;Ekzuobiao=100000;Epzuobiao=400//繪圖時xy坐標的伸縮

m1=0.1;m2=0.1;//兩個物體的質量

a=cara._x;b=carb._x;//獲取兩個物體的位置

c=tanhuang._x;//彈簧的位置

d=c-a;//彈簧到物體a的距離

l=b-a;//兩個物體之間的距離

t=0;//時間初始值

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;//初始動能和勢能

v11=v1;v22=v2;//速度的中間變量

1.3 運動程序

推導出物體運動的方程式，按照步進的方式設計程序，每刷新一次更新一次位置，基本框架如下：

function yundongmingcheng()

{ if(物體處于允許的運動范圍){

{t=t+1;運動程序，代入物理方程式，更新物體所處位置}

else{停止循環程序}

}

以彈簧振子的演示為例，運動程序如下：

functiontanhuangzhenzi()

{

if(carb._x<900)//控制物體在屏幕邊界內

{t=t+1;//時間增加

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

carb._x=v2/danwei/100 +carb._x;//物體按t時刻各自的速度運動一個時間間隔

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

v2);//計算t時刻的動能

Ep=2*Math.abs(1/2*(l-(carb._x-cara._x))*0.03*0.03);//計算t時刻的彈性勢能

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

v2=(m2*v2+F)/m2;v1=(m1*v1-F)/m1;//計算t+1時刻的速度

tanhuang._x=(carb._x+cara._x+42+42)/2;//計算彈簧的位置，根據所畫物體的大小調整

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

/(l-76.5)*100;//控制彈簧伸縮，根據所畫物體的大小調整

}

else{clearInterval(bj);//運動到邊界時停止循環程序}

}

1.4 循環程序

Flash中用于循環的程序有幾個，此處推薦使用setInterval(程序名稱,時間間隔)，通過對循環運行運動函數，在屏幕上便可以看到連續的動畫[3].該函數的使用方法很簡單，如下：

var bj;//隨便起一個名字

bj=setInterval(tanhuangzhenzi,10);//每隔10ms運動一次tanhuangzhenzi函數

停用循環函數的指令為clearInterval(bj)，該指令可放置到運動函數中，當物體運動到屏幕邊界時停止運動，也可以根據需要放置到暫停、停止按鈕中.

1.5 運動速度調節

動畫中物體運動的快慢，是由循環程序每運行一次運動程序時，物體在屏幕坐標中的增加量決定的.因此，需要在賦值程序中，定義一個變量danwei，單位為：米/屏幕坐標，在運動程序的公式中，需要時刻注意保持等式兩邊量綱一致.這個變量設置為多少，可在最后調試動畫時，根據個人喜好進行調整.同時，還需要注意循環程序中的時間間隔，如在彈簧振子的動畫中，該時間間隔設為10 ms，而在運動程序中，速度的單位是m/s，因此在更新物體在屏幕的位置時，不僅要轉換為屏幕的坐標，還需要除以100，例：cara._x=v1/danwei/100 +cara._x.靈活調整這兩個參數，可以調節動畫的快慢.

2 按鈕防誤按設計

為動畫設置播放、暫停、停止按鈕，可使動畫隨時可控，便于觀察.在按鈕的設置中，為避免重復按同一個按鈕導致程序出錯，可進行如下設置：

if(sign!=3)//當按鈕標識變量不等于3時，運行程序

{按下按鈕運行的程序

sign=3;}//運行完程序后，將按鈕標識變量設置為3

else{break;}//再次點擊該按鈕時，由于sign=3，直接退出，不運行程序

對不同的按鈕設置不同的標識變量，便可以保證重復按同一按鈕無效，必須按了其他按鈕之后才能再次按本按鈕.

3 函數曲線的描繪

在演示物理運動時，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來描繪函數圖像的方法[3，4].

3.1 描點程序介紹

第一部分：

_root.createEmptyMovieClip("pointv1", 1);//系統自動新建一個名為pointv1的空白影片剪輯

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

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

//設置起始位置(x,y)

第二部分：

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

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，可重復第一部分的設置，然后在第二部分的大括號內添加描繪程序.當演示程序運行時，線條便會自動出現.

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

3.2 橫縱坐標的伸縮

由于相關的物理量都是用國際標準單位表示的，但呈現在屏幕中時，是按照Flash自帶的坐標系，故需要進行坐標的轉換.在賦值函數中，需要加入標識變量xzuobiao，yzuobiao，并在描繪程序中乘上該變量.通過改變該變量，便能實現函數圖像的伸縮.若有多個不同單位的物理量，還可以設置更多的標識變量.

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 無按鈕自動循環播放的整體框架

如果要制作一個由按鈕控制的動畫，可按圖2的框架在對應位置放置相應的程序.彈簧振子的動畫效果如圖4動畫效果圖所示.如果要制作一個無按鈕控制自動循環播放的動畫，可按圖 3 無按鈕自動循環播放的整體框架的框架在對應位置放置相應的程序.

圖4 動畫效果圖

5 結語

通過使用setInterval()函數，可以非常簡易地用動畫演示由物理方程控制的物體運動，并通過變量“danwei”來調節運動的快慢.巧妙地利用if函數，可以實現由按鈕控制播放、暫停和停止，同時避免誤按.本文還提供了在Flash上描繪函數圖像的辦法.根據需要，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循環.該制作動畫的方法可以非常方便地實現其他運動過程的演示，只需要改變運動程序的物理公式部分就行.

1 張靖.在Flash中實現文本框數據的存取.煤炭技術,2012,31(5)

2 李佩,張紅.對Flash動態文本和輸入文本的認識.硅谷,2010(3): 91

3 鐘子云.基于定時循環事件的動畫技術.計算機應用,2003(S2): 89～91

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