EP2/angabe/Aufgabenblatt4.md

Aufgabenblatt 4

Allgemeine Anmerkungen

Ihre Lösung für dieses Aufgabenblatt ist bis Montag, 2.5. 11h durch git commit und push abzugeben. Mit der Angabe werden die Dateien CosmicSystem.java, Drawable.java, NamedBodyForcePair.java, HierarchicalSystem.java, Simulation4.java und Aufgabe4Test.java mitgeliefert.

Wenn Sie zusätzlich zu den gefragten Klassen weitere Klassen definieren, achten Sie darauf, dass die Klassennamen mit My beginnen, um Konflikte mit späteren Aufgabenblättern zu vermeiden.

Ziel

Ziel der Aufgabe ist die Anwendung der Konzepte: Interfaces, dynamisches Binden, toString() (siehe Skriptum Seite 75-84).

Beschreibung der gegebenen Dateien

• CosmicSystem ist ein gegebenes Interface, das von den Klassen NamedBodyForcePair und HierarchicalSystem implementiert wird. Mithilfe dieses lässt sich somit eine Hierarchie von Systemen und Subsystemen beschreiben. Unser Sonnensystem ist ein Beispiel eines Systems, das mehrere Teilsysteme beinhaltet. Ein solches Teilsystem ist beispielsweise das System Erde und Erdmond. Ein anderes Teilsystem wäre Jupiter mit seinen Monden. Verändern Sie dieses Interface nicht.
• Drawable wird von CosmicSystem verwendet. Verändern Sie dieses Interface nicht.
• NamedBodyForcePair ist das Gerüst für eine Klassendefinition. Die Klasse implementiert CosmicSystem und repräsentiert einen einzelnen benannten Himmelskörper (z.B. "Mars") zusammen mit der auf ihn wirkenden Kraft.
• HierarchicalSystem ist das Gerüst für eine Klassendefinition. Die Klasse implementiert CosmicSystemund repräsentiert ein System von Himmelskörpern (z.B. Sonnensystem) bestehend aus einem zentralen Himmelskörper und beliebig vielen Untersystemen in dessen Orbit. Für alle Himmelskörper werden die Kräfte, die auf diese jeweils wirken, mitverwaltet.
• Simulation4 ist ein Gerüst für eine ausführbare Klasse. Hier soll die Simulation analog zur Klasse Simulation implementiert werden (damit Sie Ihre ursprüngliche Datei nicht überschreiben müssen).
• Aufgabe4Test ist eine vorgegebene Klasse, die Sie zum Testen Ihrer Implementierung verwenden sollten. Bei einer fehlerfreien Implementierung sollten bei der Ausführung dieser Klasse keine Exceptions geworfen werden und alle Tests als erfolgreich ("successful") ausgegeben werden. Entfernen Sie die Kommentarzeichen, um diese Klasse verwenden zu können. Sie müssen diese Klasse nicht weiter verändern, können aber eigene Testfälle hinzufügen.

Aufgaben

Ihre Aufgaben sind folgende:

1. Implementierung von CosmicSystem in NamedBodyForcePair: Fügen Sie in der Klasse Body eine öffentliche Methode massCenter() hinzu, die die Position des Himmelskörpers liefert. Definieren Sie die Klasse NamedBodyForcePair so, dass sie das Interface CosmicSystem implementiert. Die Methoden getMass() und getMassCenter() geben lediglich die Masse bzw. Position des Himmelskörpers zurück.

2. Implementierung von CosmicSystem in HierarchicalSystem:

Definieren Sie die Klasse HierarchicalSystem so, dass sie das Interface CosmicSystem implementiert. Die Klasse repräsentiert ein hierarchisch aufgebautes kosmisches System von Himmelskörpern. Ein solches System besteht aus einem zentralen Himmelskörper und beliebig vielen weiteren kosmischen Systemen, die sich im Orbit um diesen zentralen Himmelskörper befinden. Neben der Spezifikationen in CosmicSystem beachten Sie bitte folgende spezielle Anforderungen und Hinweise für die Implementierung:

• toString(): diese Methode soll eine textuelle Beschreibung der Hierarchie von Himmelskörpern und Subsystemen liefern. Dafür wird der Namen des zentralen Himmelskörpers eines Systems gefolgt von den Objekten im Orbit jeweils in {}-Klammern repräsentiert. Beispiel:

  "Sun {Mercury, Venus, Earth {Moon} , Mars {Deimos, Phobos} , Vesta, Pallas, Hygiea, Ceres}"

• numberOfBodies(): diese Methode liefert die Gesamtanzahl aller Himmelskörper (nicht Systeme) im System bzw. Himmelskörper, das heißt alle Objekte vom Typ NamedBodyForcePair. Das oben genannte Beispiel-System besteht z.B. aus 12 Himmelskörpern, das Mars-System im Orbit der Sonne jedoch nur aus 3.

• getMass(): diese Methode liefert die Summe der Massen aller Himmelskörper im System.

• getMassCenter(): diese Methode liefert den Schwerpunkt aller Himmelskörper im System. Dieser entspricht dem mit den Massen gewichteten Mittelwert aller Positionen, es müssen daher alle Positionen mit der jeweiligen Masse multipliziert und aufsummiert werden und das Resultat durch die Summe aller Massen dividiert werden. Nutzen Sie dafür die bereits implementierten Rechenoperationen in Vector3.

• addForceFrom(Body b) aktualisiert für jedes NamedBodyForcePair-Objekt in this die Kraft, indem die von b auf das NamedBodyForcePair-Objekt ausgeübte Kraft zur Kraft hinzuaddiert wird.

• addForceTo(CosmicSystem cs) aktualisiert für jedes NamedBodyForcePair-Objekt in cs die Kraft, indem alle Kräfte die von Körpern aus this auf das NamedBodyForcePair-Objekt ausgeübt werden, zur Kraft im Objekt hinzuaddiert werden. Beispiel: Die Anweisung cs.addForce(cs) aktualisiert alle wechselseitigen im System cs wirkenden Kräfte.

• update() führt auf Basis der gespeicherten Kräfte alle Bewegungen im System this durch und setzt danach alle Kräfte wieder auf den null-Vektor zurück.

• getBodies() liefert eine Liste (Typ: BodyLinkedList) mit allen Himmelskörpern aus this.

3. Implementierung von Simulation4:

Implementieren Sie die Simulationsschleife unter Verwendung eines Objekts vom Typ HierachicalSystem. Alle Berechnungen sollen mittels Methoden von CosmicSystem durchgeführt werden.

Hinweise:

• Nutzen Sie für die Implementierung dieser Methoden Rekursion sowie das Konzept des dynamischen Bindens. Da NamedBodyForcePair und HierarchicalSystem Untertypen von CosmicSystem sind, haben sie jeweils eine eigene Implementierung der in CosmicSystem definierten Methoden und es wird zur Laufzeit entschieden, von welchem dynamischen Typ ein Objekt ist und welche Methode somit ausgeführt wird. Sie dürfen hier keine Typumwandlungen (Casts) und auch nicht die Methoden getClass() und instanceOf() verwenden.

• Es ist möglich, aber nicht verlangt, addForceTo(CosmicSystem cs) ohne Verwendung von getBodies() zu implementieren. Dazu kann in addForceTo(CosmicSystem cs) der Zugriff auf die einzelnen Körper in cs dadurch erreicht werden, dass this für alle seine Himmelskörper und Untersysteme addForceTo(cs) aufruft. Wird beim rekursiven Abstieg ein einzelner Himmelskörper erreicht (Blattknoten) ruft dieser cs.addForceFrom(this) auf.

• Achten Sie bei der Berechnung der Kräfte in addForceFrom(Body b) darauf, dass die Kraft nicht verändert wird, wenn this und b derselbe Himmelskörper sind.

Punkteaufteilung

• Implementierung von CosmicSystem in NamedBodyForcePair: 1.5 Punkte

• Implementierung von CosmicSystem in HierarchicalSystem: 2.5 Punkte

• Implementierung von Simulation4: 1 Punkte

• Gesamt: 5 Punkte