Java 實現小球邊界碰撞反彈動畫核心算法示例

核心算法邏輯

小球在矩形邊界內運動，位置 (x, y)、速度分量 (vx, vy)。每幀更新位置，檢測邊界碰撞並反轉對應速度分量：

// 位置更新
if (addX) x += 3; else x -= 3;
if (addY) y += 6; else y -= 6;

// 邊界碰撞檢測（假設小球直徑 50，面板寬高 width/height）
if (x <= 0 || x >= (width - 50))  addX = !addX; // 水平反彈
if (y <= 0 || y >= (height - 50)) addY = !addY; // 垂直反彈

addX/addY 為布爾標誌位，代表當前運動方向。速度大小固定（3, 6），方向由標誌位決定。碰撞時取反標誌位即實現速度反向。

完整可運行示例

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

public class BouncingBall extends JPanel implements ActionListener {
    private int x = 50, y = 50;          // 初始位置
    private int vx = 3, vy = 6;          // 速度向量
    private final int BALL_SIZE = 50;    // 球直徑
    private Timer timer;

    public BouncingBall() {
        timer = new Timer(16, this); // ~60 FPS
        timer.start();
    }

    @Override
    protected void paintComponent(Graphics g) {
        super.paintComponent(g);
        g.setColor(Color.RED);
        g.fillOval(x, y, BALL_SIZE, BALL_SIZE);
    }

    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        int width = getWidth();
        int height = getHeight();

        x += vx;
        y += vy;

        // 邊界碰撞：位置修正 + 速度反向
        if (x <= 0) { x = 0; vx = -vx; }
        else if (x >= width - BALL_SIZE) { x = width - BALL_SIZE; vx = -vx; }
        
        if (y <= 0) { y = 0; vy = -vy; }
        else if (y >= height - BALL_SIZE) { y = height - BALL_SIZE; vy = -vy; }

        repaint(); // 觸發重繪
    }

    public static void main(String[] args) {
        JFrame frame = new JFrame("Bouncing Ball Demo");
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.add(new BouncingBall());
        frame.setSize(600, 400);
        frame.setLocationRelativeTo(null);
        frame.setVisible(true);
    }
}

關鍵點解析

進階擴展方向

• 多球碰撞：雙重循環檢測球心距離 <= r1+r2，彈性碰撞動量守恆公式交換速度分量。
• 重力與摩擦：每幀 vy += gravity；碰撞底部時 vy *= -restitution; vx *= friction。
• 非矩形邊界：圓形邊界檢測 distance(center) + radius >= R；多邊形用射線法或 SAT 分離軸定理。
• 雙緩衝/硬體加速：BufferStrategy 或 JavaFX AnimationTimer 替代 Swing 獲取更高性能。

總結

邊界反彈是遊戲物理與動畫編程的入門基石。核心在於「位置積分更新 → 邊界檢測 → 速度反向/修正 → 觸發重繪」的循環。理解此模式，即可擴展至複雜的剛體模擬、粒子系統與遊戲引擎開發。