The Nature of Code閱讀心得與Python實作：4.5 A System of Systems

集合許多個別的粒子可以形成一個粒子系統，那集合許多粒子系統，是不是也能形成一個系統呢？

當然可以！

既然集合許多粒子系統可以形成一個系統，那集合許多由粒子系統形成的系統，可不可以又形成一個系統呢？

當然也可以！

接下來，我們會以同樣的思路來處理含有許多粒子系統的系統。

在上一節中，我們讓許多粒子形成一個發射器系統；在這一節中，我們會來處理由許多發射器所構成的系統。

在Example 4.3中，我們處理的是單一的粒子系統：畫面上就只有一個不斷冒出粒子的發射器粒子系統。程式的寫法，是把那個系統指定給一個變數emitter，然後不斷把新的粒子加進emitter中，並呼叫emitter的run()方法：

現在，如果我們希望一開始的時候畫面上沒有任何發射器粒子系統，然後每當按下滑鼠左鍵時，就會在滑鼠游標所在的地方放置一個發射器粒子系統，那程式要怎麼寫呢？在設計Emitter這個類別時，我們是把系統所含的粒子放在一個list中。現在的做法也一樣，就把粒子系統放在一個叫做emitters的list中來處理；當按下滑鼠左鍵時，就新增一個發射器粒子系統到list中，然後針對所有在list中的發射器粒子系統，逐一新增粒子，並呼叫run()方法。

Example 4.4: A System of Systems

# python version 3.10.9
import random
import sys

import pygame  # version 2.3.0


pygame.init()

pygame.display.set_caption("Example 4.4: A System of Systems")

WHITE = (255, 255, 255)

screen_size = 640, 360
screen = pygame.display.set_mode(screen_size)

FPS = 60
frame_rate = pygame.time.Clock()

gravity = pygame.Vector2(0, 0.05)

# 一開始的時候，畫面上沒有任何粒子系統
emitters = []

while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
    
    screen.fill(WHITE)    

    # 當按下滑鼠左鍵時，就把粒子系統新增到list中
    if pygame.mouse.get_pressed()[0]:
        x, y = pygame.mouse.get_pos()
        emitters.append(Emitter(x, y, 1))
    
    # 針對所有在list中的粒子系統，逐一新增粒子，並呼叫run()方法
    for emitter in emitters:
        emitter.add_particle()
        emitter.run()
        
    pygame.display.update()
    frame_rate.tick(FPS)

Exercise 4.5

在Emitter類別的__init__()加入紀錄粒子庫存數量的變數：

self.inventory = 100

修改add_particle()

def add_particle(self):
    if self.inventory > 0:
        self.particles.append(Particle(self.origin.x, self.origin.y, self.mass))
        self.inventory -= 1

主程式如下：

# python version 3.10.9
import random
import sys

import pygame  # version 2.3.0


pygame.init()

pygame.display.set_caption("Exercise 4.5")

WHITE = (255, 255, 255)

screen_size = 640, 360
screen = pygame.display.set_mode(screen_size)

FPS = 60
frame_rate = pygame.time.Clock()

gravity = pygame.Vector2(0, 0.05)

emitters = []

while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
    
    screen.fill(WHITE)    

    if pygame.mouse.get_pressed()[0]:
        x, y = pygame.mouse.get_pos()
        emitters.append(Emitter(x, y, 1))

    for emitter in emitters:
        emitter.add_particle()
        emitter.run()

    # 移除已經沒有粒子的粒子系統    
    emitters = list(filter(lambda emitter: bool(emitter.particles), emitters))
        
    pygame.display.update()
    frame_rate.tick(FPS)

Exercise 4.6

一開始的時候，讓粒子系統的粒子聚在一起，形成一個大的團塊。這時候，僅在畫面上顯示粒子，而不更新其狀態，等偵測到滑鼠點擊團塊時，才開始更新粒子的狀態。

修改Emitter類別。

修改__init__()方法，讓粒子系統的粒子在一開始的時候，就在畫面上結成團塊，同時加入用來紀錄粒子系統狀態的變數，以便判斷粒子系統是否正碎裂四散。

def __init__(self, x, y, mass):
    self.mass = mass
    self.size = 16*self.mass
    
    # 一開始的粒子團塊
    self.particles = [Particle(x+3*i, y+3*j, mass)
                      for i in range(10) for j in range(10)]
    
    # 發射器位置
    self.origin = pygame.Vector2(x, y)
    
    # 粒子系統是否正碎裂四散？
    self.shattering = False

修改run()方法，加入判斷粒子系統是否正碎裂四散的功能

def run(self):
    if not self.shattering:
        for particle in self.particles:
            particle.show()
    else:  
        for particle in self.particles:
            particle.apply_force(gravity)
            particle.update()    
        
        # 移除壽命已到的粒子
        self.particles = list(filter(lambda particle: not particle.is_dead(), self.particles))
    
        for particle in self.particles:
            particle.show()

新增check_click()方法，用來偵測滑鼠是否點擊粒子團塊。當滑鼠點擊任何團塊中的粒子時，即表示滑鼠正點擊該粒子團塊。

def check_click(self, x, y):
    for particle in self.particles:
        d = pygame.Vector2(x, y).distance_to(particle.position)
        if d <= particle.radius:
            self.shattering = True    
            break

主程式如下：

# python version 3.10.9
import random
import sys

import pygame  # version 2.3.0


pygame.init()

pygame.display.set_caption("Exercise 4.6")

WHITE = (255, 255, 255)

screen_size = 640, 360
screen = pygame.display.set_mode(screen_size)

FPS = 60
frame_rate = pygame.time.Clock()

gravity = pygame.Vector2(0, 0.05)

emitters = [Emitter(100*i, 130, 1) for i in range(1, 6)]
       
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
    
    screen.fill(WHITE)    
    
    for emitter in emitters:
        if pygame.mouse.get_pressed()[0]:
            x, y = pygame.mouse.get_pos()
            emitter.check_click(x, y)
        
        emitter.run()
            
    pygame.display.update()
    frame_rate.tick(FPS)