做做AI，造造人 - 动力老男孩的博客

上周，网友“忧郁飞花”提了个建议，说是可以用手机的重力感应器来控制小车，这样就可以把手机变成遥控方向盘。不知道这位同学为何如此忧郁，也许“飞花”形容的是该同学的工资流逝速度吧，在此假惺惺的慰问并感谢一下。

言归正传，手机当方向盘的想法虽然好，细节却还需要仔细推敲，例如倒退，调节转速，波动过大等情况的处理。一个应该可行的方案是用仰角来调节转速，把转速扩展到负值来实现倒退。（这时候我眼前出现了幻觉：圈圈在屋里拿着手机乱晃，小爱在外面剧烈抽风….）

汗，遥控小车还是先缓缓吧，这几天做了一个非常蛋疼的小程序来测试重力感应器。这个程序只有一个小球，在屏幕上滚来滚去。我特地找了个金色的珍珠，阿弥陀佛，保佑程序作者大富大贵，提前退休。

使用的手机是HTC的钻石2代，操作系统是windows mobile 6.5

滚动的金色小球

写这个程序之前，先复习下高中的物理知识。假如一个小球在某时刻 t1，位置坐标是(x1,y1)，速度方向是（vx1，vy1），受到的重力加速度是(ax,ay)，那么当时光流逝到 t2 时，该小球的位置和速度应该是多少（假设t1，t2间隔很短，期间加速度没有变化）。其实x，y是矢量合成，咱们以x分量为例进行计算：

首先根据加速度的定义，vx2=vx1+ax*(t2-t1)，注意ax可能为负值，所以速度方向也可能会改变。
x2的坐标则可以用x2=x1+(t2-t1)*(vx1+vx2)/2 来计算，即位移等于平均速度乘以时间。

然后是考虑碰壁的情况，以x轴负临界值为例，在Δt时间之后，发现x轴坐标已经小于0（我这里按质点做假设，实际上应该是小于小球半径的时候就碰壁了），这时候的速度大多数情况下也应该是负值（不解释了）。这时候假设小球的弹性系数是f，那么反弹回来的速度分量，应该是vx2′=-vx2*f ；而x坐标，可以估算为把负值那部分反射回来，再乘弹性系数，即x2′=-x2*f

如果程序写成这样，会发现大多数情况下，这个小球像模像样的蹦跶着，但是在接近停止的时候会突然跳的更高，永远停不下来。这个是因为临界值处理的不好，如果我们的Δt无限小，这个公式是正确的，但是真正计算时，Δt只能根据手机的承受能力设定（我设置的是50ms），这就会发生下面的情况：

边界条件超出合理范围

当x1非常小，而Δt比较大的时候，x2的绝对值已经远超过x1，即使乘上弹性系数仍然大于x1。这就造成了接近壁面时，小球弹起的高度反而比原来更高。最后我加上了一些懒汉修正，当高度较低时，直接把速度和位置全设置成0。

物理复习完了，剩下的事情就简单了。其实就是找个图片，然后用一个timer定时，每隔一段时间更新一下(x,y)坐标即可。看看最终的效果视频：

下面贴一段大家可能有兴趣的“核心代码”：

// http://www.diy-robots.com
// apply physics to a ball
Ball ApplyDevicePhysics(GVector gVector, Ball ball, int millisecondsElapsed)
{
    int maxX = ClientSize.Width - ball.Radius;
    int maxY = ClientSize.Height - ball.Radius;
    double t = millisecondsElapsed / 1000.0;

    #region calculate x values
    gVector.X *= frictionForce;
    double v1 = ball.Velocity.X;
    double x1 = ball.Position.X;
    ball.Velocity.X = v1 + gVector.X * t;
    ball.Position.X = x1 + v1 * t + 0.5 * gVector.X * t * t;
    if (ball.Position.X < ball.Radius)
    {
        ball.Position.X = ball.Radius;
        if (ball.Velocity.X < 0)
        {
            ball.Velocity.X *= (-elasticRation);
            if (gVector.X < 0 && (-ball.Velocity.X / gVector.X) < (t * 2 * elasticRation))
            {
                ball.Velocity.X = 0;
            }
        }
    }
    if (ball.Position.X > maxX)
    {
        ball.Position.X = maxX;
        if (ball.Velocity.X > 0)
        {
            ball.Velocity.X *= (-elasticRation);
            if (gVector.X > 0 && (-ball.Velocity.X / gVector.X) < (t * 2 * elasticRation))
            {
                ball.Velocity.X = 0;
            }
        }
    }
    #endregion

    #region calculate y values
    gVector.Y *= frictionForce;
    v1 = ball.Velocity.Y;
    double y1 = ball.Position.Y;
    ball.Velocity.Y = v1 + gVector.Y * t;
    ball.Position.Y = y1 + v1 * t + 0.5 * gVector.Y * t * t;
    if (ball.Position.Y < ball.Radius)
    {
        ball.Position.Y = ball.Radius;
        if (ball.Velocity.Y < 0)
        {
            ball.Velocity.Y *= (-elasticRation);
            if (gVector.Y < 0 && (-ball.Velocity.Y / gVector.Y) < (t * 2 * elasticRation))
            {
                ball.Velocity.Y = 0;
            }
        }
    }
    else if (ball.Position.Y > maxY)
    {
        ball.Position.Y = maxY;
        if (ball.Velocity.Y > 0)
        {
            ball.Velocity.Y *= (-elasticRation);
            if (gVector.Y > 0 && (-ball.Velocity.Y / gVector.Y) < (t * 2 * elasticRation))
            {
                ball.Velocity.Y = 0;
            }
        }
    }
    #endregion
    return ball;
}

实验证明，HTC手机的重力感应器还是挺灵敏的，我设置的时间是50毫秒。因为暂时不方便加工小爱，接下来我打算试着做一个简易的两轮平衡小车。