基于C语言演示如何在控制台实现渐变粒子爱心动画效果

最新推荐文章于 2025-06-09 10:58:25 发布

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分类专栏：后端语言（node javascript vue等等）文章标签：学习笔记 c语言课程设计算法

松子梨少

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我将为您演示如何在控制台实现渐变粒子爱心动画效果，以下是详细实现方案：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#include <conio.h>

// 三维坐标结构体
typedef struct {
    float x, y, z;
} Point3D;

// 粒子属性结构体
typedef struct {
    Point3D pos;     // 当前位置
    Point3D velocity;// 移动速度
    int color;       // 当前颜色
    int active;      // 是否激活
} Particle;

#define MAX_PARTICLES 500
#define PI 3.1415926535f

// 爱心参数方程（三维变形）
Point3D heart_equation(float t) {
    float scale = 15.0f; // 控制爱心大小
    float z_offset = 0.5f * sin(t * 2 * PI); // Z轴波动
    
    return (Point3D){
        scale * 16 * pow(sin(t), 3),
        -scale * (13 * cos(t) - 5 * cos(2*t) - 2 * cos(3*t) - cos(4*t)),
        z_offset
    };
}

// 初始化粒子
void init_particle(Particle* p) {
    float angle = (float)rand() / RAND_MAX * 2 * PI;
    float radius = 40.0f + rand() % 20;
    
    // 初始位置在爱心外围
    p->pos = (Point3D){
        radius * cos(angle),
        radius * sin(angle),
        0
    };
    
    // 速度朝向爱心中心（带随机扰动）
    float speed = 0.3f + (float)rand() / RAND_MAX * 0.2f;
    p->velocity = (Point3D){
        -speed * cos(angle) * (0.8 + 0.2*(float)rand()/RAND_MAX),
        -speed * sin(angle) * (0.8 + 0.2*(float)rand()/RAND_MAX),
        0
    };
    
    // 颜色渐变参数（红粉系）
    p->color = 12 - (int)((float)rand()/RAND_MAX * 8); // 12=亮红 4=暗红
    p->active = 1;
}

// 检测是否到达爱心内部
int is_inside_heart(Point3D pt) {
    // 三维爱心方程简化检测
    float x = pt.x / 15.0f;
    float y = -pt.y / 15.0f;
    float z = pt.z / 10.0f;
    
    return pow((x*x + y*y + z*z - 1), 3) - (x*x * y*y*y) < 0;
}

int main() {
    srand((unsigned int)time(NULL));
    HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    CONSOLE_CURSOR_INFO cursorInfo = {1, FALSE};
    SetConsoleCursorInfo(hConsole, &cursorInfo);

    Particle particles[MAX_PARTICLES] = {0};
    int frame = 0;

    while(1) {
        // 清屏
        system("cls");
        
        // 生成新粒子
        if(frame % 3 == 0) {
            for(int i=0; i<MAX_PARTICLES; i++) {
                if(!particles[i].active) {
                    init_particle(&particles[i]);
                    break;
                }
            }
        }

        // 更新粒子状态
        for(int i=0; i<MAX_PARTICLES; i++) {
            if(particles[i].active) {
                // 运动更新
                particles[i].pos.x += particles[i].velocity.x;
                particles[i].pos.y += particles[i].velocity.y;
                particles[i].pos.z += particles[i].velocity.z;
                
                // 颜色渐变
                if(frame % 10 == 0 && particles[i].color > 4) {
                    particles[i].color--;
                }
                
                // 碰撞检测
                if(is_inside_heart(particles[i].pos)) {
                    particles[i].active = 0;
                }
            }
        }

        // 绘制爱心轮廓
        for(float t=0; t<=1.0f; t+=0.001f) {
            Point3D pt = heart_equation(t);
            COORD coord = {
                (SHORT)(pt.x/2 + 40),  // X坐标缩放和居中
                (SHORT)(-pt.y/4 + 15)  // Y坐标调整
            };
            SetConsoleCursorPosition(hConsole, coord);
            printf("*");
        }

        // 绘制粒子
        for(int i=0; i<MAX_PARTICLES; i++) {
            if(particles[i].active) {
                SetConsoleTextAttribute(hConsole, particles[i].color);
                COORD coord = {
                    (SHORT)(particles[i].pos.x/2 + 40),
                    (SHORT)(-particles[i].pos.y/4 + 15)
                };
                SetConsoleCursorPosition(hConsole, coord);
                printf(".");
            }
        }
        
        // 退出检测
        if(_kbhit() && _getch() == 27) break;
        
        frame++;
        Sleep(50); // 控制帧率
    }

    SetConsoleTextAttribute(hConsole, 7); // 恢复默认颜色
    return 0;
}

核心算法解析：

爱心参数方程：
$\begin{cases} x = 16\sin^3(t) \\ y = 13\cos(t) - 5\cos(2t) - 2\cos(3t) - \cos(4t) \\ z = 0.5\sin(2t) \end{cases}$
通过缩放系数调整显示大小，z轴添加波动效果
粒子动力学：

初始位置：极坐标生成，半径 $\in [40,60]$
速度方向： $\vec{v} = -k(\cos\theta, \sin\theta)$ ， $\in [0.3,0.5]$
随机扰动：速度添加 $±20% \pm20\%$ 随机变化

颜色渐变算法：
$color_{current} = \max(4, color_{initial} - \lfloor \frac{frame}{10} \rfloor)$
初始颜色值12（亮红）随时间递减至4（暗红）
三维碰撞检测：
$x^2 + y^2 + z^2 -1)^3 - x^2y^3 < 0$
简化后的三维爱心方程判断