The Nature of Code閱讀心得與Python實作：4.7 Particle Systems with...

更新於 2024/10/18發佈於 2024/10/18閱讀時間約 8 分鐘

這一節的標題是
4.7 Particle Systems with Forces
因為方格子標題字數限制，所以沒完整顯現

到目前為止，我們所設計的粒子系統，都只有受到重力的作用。那如果作用力是風力呢？又該怎麼設計？

原書在處理作用在粒子系統上的重力時，是在Particle類別中設計一個run()方法，並把重力的作用寫死在裡頭，像這樣：

def run(self):
    gravity = pygame.Vector2(0, 0.05)
    self.apply_force(gravity)

    self.update()
    self.show()

當粒子系統中的粒子呼叫這個方法時，就能把重力作用在粒子上。

這個寫法的主要缺點，就是太沒彈性了。如果現在作用力要改成風力，那就得去改run()裡頭的東西。除此之外，另一個缺點是，在主程式裡頭，是看不到重力存在的。

因為覺得原書的寫法不是很好，所以改成在主程式中設定gravity，然後在Emitter類別的run()方法中處理重力：

def run(self):
    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()

這樣子gravity就會以全域變數的身份出現在run()這個方法中。這樣寫的好處是，可以清楚的在主程式中看到有個作用力存在，而且可以進行設定、調整。

雖然讓gravity以全域變數的身份出現在Emitter類別的run()方法中有些好處，但是也有些缺點；最大的缺點是，在主程式中可以看到有個作用力，但卻看不出這個作用力是作用在哪裡。另外，眾所周知，使用全域變數，始終就不是個好主意，除了程式比較雜亂難以閱讀之外，在除錯時也比較難以找到bug。

既然兩種寫法都不是那麼的好，那有沒有比較好的寫法呢？

這個問題沒有標準答案，不同的情境可能會有各自比較好的寫法。下面介紹的是原書提供的寫法，可以避免前面提到的那兩種寫法的一些問題，但要注意的是，並非在所有的情境下，都一定要這樣寫。

既然粒子系統的頭頭是Emitter這個類別，所有粒子都歸它管，那就幫它加個apply_force()方法，用來讓作用力作用在系統內的所有粒子上：

def apply_force(self, force):
    for particle in self.particles:
        particle.apply_force(force)

當在主程式中要讓作用力作用在粒子系統上時，只要呼叫這個方法就可以了：

gravity = pygame.Vector2(0, 0.05)
    :
    :
emitter.add_particle()
emitter.apply_force(gravity)
emitter.run()

當然，這時候run()方法裡頭對粒子施加重力的部分，也就是

particle.apply_force(gravity)

就必須拿掉。

把Emitter類別處理作用力的部分改成這樣寫，不僅主程式清楚明瞭，而且寫起來彈性也比較大，下面這個例子就是採用這樣子的寫法。

Example 4.6: A Particle System with Force

因為Particle類別並沒有任何更動，所以就只列出Emitter類別和主程式。

class Emitter:
    def __init__(self, x, y, mass):
        self.mass = mass
        self.size = 16*self.mass
        
        self.particles = []
        
        # 發射器位置
        self.origin = pygame.Vector2(x, y)
        
    def add_particle(self):
        self.particles.append(Particle(self.origin.x, self.origin.y, self.mass))
            
    def apply_force(self, force):
        for particle in self.particles:
            particle.apply_force(force)
            
    def run(self):
        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()
            
            
# python version 3.10.9
import random
import sys

import pygame  # version 2.3.0


pygame.init()

pygame.display.set_caption("Example 4.6: A Particle System with Forces")

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)

emitter = Emitter(320, 50, 1)

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

    emitter.add_particle()
    emitter.apply_force(gravity)
    emitter.run()
        
    pygame.display.update()
    frame_rate.tick(FPS)