Podešavanje okruženja i za kreiranje OSP simulacija

U ovom tutorijalu ćete naučiti kako da pripremite razvojno okruženje za izradu fizičkih simulacija u Javi, koristeći IntelliJ IDEA i ACM biblioteku, pre nego što pređemo na sam OSP framework. Cilj je da korak po korak prođete kroz ceo proces – od instalacije IDE-a, preko kreiranja novog projekta, do pisanja prve aplikacije koja simulira matematičko klatno bez upotrebe OSP klasa.

Šta ćete naučiti

• Instalacija i konfiguracija IntelliJ IDEA
  Preuzimanje Community ili Ultimate verzije, podešavanje JDK-a i osnovnih podešavanja za Java projekte.
• Dodavanje ACM biblioteke (acm.jar)
  Kako da skinete i povežete acm.jar u vaš projekat, kako biste koristili grafičke i interaktivne komponente koje pruža ACM (Stanford CS) biblioteka.
• Kreiranje Java projekta od nule
  Struktura direktorijuma, podešavanje modula i zavisnosti, prvi „Hello, World!“ program.
• Razvijanje simulacije matematičkog klatna
  Definisanje diferencijalnih jednačina klatna, numerička integracija (Eulerova ili Runge–Kutta metoda), i grafički prikaz pomeranja klatna koristeći ACM GraphicsProgram.
• Pokretanje i testiranje
  Kako da kreirate run konfiguraciju u IntelliJ-u, pokrenete vašu aplikaciju i verifikujete tačnost simulacije.

Nakon što uspešno savladate ovaj uvodni deo, bićete spremni za prelazak na korišćenje Open Source Physics (OSP) biblioteka i kreiranje naprednijih 2D i 3D simulacija.

Instalacija alata za OSP (IntelliJ IDEA)

Besplatne verzije IntelliJ IDEA

1. Community Edition – open-source, podržava Java, Kotlin, Groovy, Scala, Android razvoj.
2. Educational Edition – zasnovana na Community, sa dodatnim alatima za učenje i vežbanje.

Preuzimanje i instalacija

1. Windows

   1. Otiđite na https://www.jetbrains.com/idea/download ili za Educational edition na https://www.jetbrains.com/edu-products/download/#section=idea.
   2. Izaberite Community Edition i kliknite Download za Windows.
   3. Pokrenite skinuti .exe fajl i pratite korake instalera:
      • Next → Accept → Next → Install
      • Na kraju ostavite kvačicu na “Run IntelliJ IDEA Community Edition” i kliknite Finish.
   4. Pri prvom pokretanju:
      • Ne treba licenca za Community Edition.
      • Preporučeno je da odaberete Dark ili Light temu.
      • IntelliJ će detektovati instalirane JDK-ove; ako nemate JDK, preuzmite npr. Zulu/OpenJDK i u IDE-u odaberite Configure → Project SDK → Add SDK i navedite putanju do JDK.

2. Linux

   A) Preko zvaničnog .tar.gz

   1. Otiđite na https://www.jetbrains.com/idea/download i preuzmite “.tar.gz” za Community Edition.
   2. U terminalu pokrenite:

      cd ~/Downloads
      tar -xzf ideaIC-*.tar.gz
      sudo mv idea-IC-* /opt/idea-community
      

   3. Kreirajte launcher skriptu:

      sudo tee /usr/local/bin/idea << 'EOF'
      #!/usr/bin/env bash
      /opt/idea-community/bin/idea.sh "$@"
      EOF
      sudo chmod +x /usr/local/bin/idea
      

      Sada možete pokretati IntelliJ komandno sa idea.

   B) Preko Snap (Ubuntu, Mint…)

   sudo snap install intellij-idea-community --classic

Instalacija Educational Edition

1. Na stranici za preuzimanje kliknite na tab Other versions i izaberite Educational Edition.
2. Da biste dobili integrisane alate za učenje, u Community Edition-u idite na File → Settings → Plugins, pretražite “Educational” i instalirajte JetBrains Academy ili Educational plugin.
3. Posle restartovanja, imaćete meni Learn za interaktivne kurseve i zadatke.

Osnovna podešavanja u IntelliJ IDEA

Pre nego što se upustite u razvoj vaših simulacija ili drugih Java projekata, neophodno je da pravilno podesite razvojno okruženje. Sledeći koraci će vas provesti kroz osnovna podešavanja IntelliJ IDEA: od integracije JDK-a, preko instalacije dodatnih plugin-ova, do prilagođavanja tastaturskih prečica i teme.

1. Konfiguracija JDK-a

Prvi i najvažniji korak je dodavanje lokalno instaliranog Java Development Kita (JDK) u IntelliJ IDEA. Ovo omogućava kompajliranje i pokretanje vaših Java aplikacija.

1. Otvorite:
   • Windows: File → Settings → Build, Execution, Deployment → SDKs
   • Linux/macOS: IntelliJ IDEA → Preferences → Build, Execution, Deployment → SDKs
2. Kliknite na znak + → Add SDK → JDK.
3. Izaberite putanju do root foldera vašeg JDK-a (onog koji sadrži pod-foldere bin, lib itd.):
   • C:\Program Files\Java\jdk-11.0.12 (Windows)
   • /usr/lib/jvm/java-11-openjdk (Linux)
4. Obavezno unesite deskriptivni naziv, npr. “Java 11”, i kliknite OK.
5. Konačno, idite na Project Structure → Project i u polju Project SDK izaberite upravo dodat JDK.

2. Instalacija plugin-ova

Da biste radili sa drugim jezicima i alatima unutar IntelliJ IDEA, potrebno je da instalirate odgovarajuće plugin-ove.

1. Otvorite File → Settings → Plugins (ili IntelliJ IDEA → Preferences → Plugins).
2. U pretrazi ukucajte željeni jezik ili alat (npr. “Scala”, “Python”, “Docker”).
3. Kliknite Install, zatim Restart IDE kada se instalacija završi.

3. Prilagođavanje tastaturskih prečica i teme

IntelliJ IDEA omogućava izbor između više preddefinisanih keymap-ova i grafičkih tema, kako bi radno okruženje bilo što prijatnije.

1. Keymap: Settings → Keymap – izaberite “Default”, “Eclipse”, “Visual Studio” ili drugi layout.
2. Tema: Settings → Appearance & Behavior → Theme – odaberite “Darcula” (tamna) ili “IntelliJ Light”.

4. Prečica u meniju (Linux)

Ako ste instalirali IntelliJ IDEA iz .tar.gz paketa, prilikom prvog pokretanja IDE će vam ponuditi da kreira desktop entry za brže pokretanje sa GUI menija.

U slučaju da IDE ne ponudi automatski:

1. Otvorite terminal i kreirajte skriptu:

   sudo tee /usr/local/bin/idea << 'EOF'
   #!/usr/bin/env bash
   /opt/idea-community/bin/idea.sh "$@"
   EOF
   sudo chmod +x /usr/local/bin/idea
   

2. Sada možete da pokrenete IntelliJ komandno sa idea ili ga pronađite u aplikacijama vašeg desktop okruženja.

Postupak podešavanja JDK-a u IntelliJ IDEA

Da bi vaš Java projekat u IntelliJ IDEA radio bez grešaka, neophodno je da pravilno dodate i konfigurišete Java Development Kit (JDK). U nastavku sledi detaljan i korak–po–korak vodič koji će vas provesti kroz ceo proces, od otvaranja podešavanja pa sve do izbora novog Project SDK.

1. Pokretanje podešavanja:
   • Windows: izaberite File → Settings
   • Linux/macOS: izaberite IntelliJ IDEA → Preferences
2. Otvaranje strukture projekta:
   U okviru podešavanja pronađite i izaberite Project Structure (ili pritisnite Ctrl+Alt+Shift+S).
3. Dodavanje novog SDK-a:
   Kliknite na znak + pored liste SDK-ova i odaberite JDK.
4. Lociranje JDK instalacije:
   Pronađite root direktorijum vaše JDK instalacije, odnosno onaj koji sadrži pod-foldere bin i lib. Na primer:
   • C:\Program Files\Java\jdk-11.0.12 (Windows)
   • /usr/lib/jvm/java-11-openjdk (Linux)

   Važno: Budite sigurni da birate korenski folder JDK-a, a ne pod-direktorijume.

5. Definisanje naziva SDK-a:
   U polje za naziv unesite nešto opisno, na primer Java 11, i kliknite OK.
6. Postavljanje Project SDK:
   Ponovo otvorite Project Structure → Project i u okviru Project SDK izaberite upravo dodat JDK (npr. Java 11).

Nakon ovih koraka, IntelliJ će koristiti izabrani JDK za kompajliranje i pokretanje vaših Java aplikacija. Sada ste spremni da dalje radite na svojim simulacijama ili drugim projektima u Java okruženju.

Kreiranje Java projekta bez OSP biblioteke

U sledećem odeljku vodićemo vas kroz proces podešavanja potpuno novog Java projekta u IntelliJ IDEA, bez oslanjanja na OSP biblioteke. Umesto toga, koristićemo acm.jar iz Stanford Java Task Force-a, koja je idealna za jednostavne grafičke i obrazovne aplikacije.

1. Kreiranje novog Java projekta

Prvo ćemo postaviti osnovnu strukturu samog projekta unutar IntelliJ IDEA.

1. Na ekranu dobrodošlice kliknite na New Project.
2. U dijalogu New Project izaberite:
   • Language: Java
   • Build System: IntelliJ (nije neophodno koristiti Maven ili Gradle)
   • Project SDK: odaberite prethodno podešen JDK 11
   Zatim kliknite Next pa Finish.
3. IntelliJ će otvoriti prazan projekat sa podrazumevanim direktorijumom src.

2. Dodavanje acm.jar biblioteke

ACM biblioteka olakšava crtanje i interaktivne GUI komponente u obrazovne svrhe. Slede koraci za preuzimanje i uključivanje:

1. Preuzmite acm.jar sa Stanford sajta:
   • Posetite Stanford Java Task Force
   • U sekciji Java Libraries kliknite na link acm.jar direktno: acm.jar
2. U IntelliJ IDEA:
   • Desni klik na modul projekta → Open Module Settings.
   • U sekciji Dependencies kliknite na + → JARs or directories….
   • Odaberite preuzeti acm.jar i potvrdite Compile scope.

3. Kratak uvod u acm.jar

acm.jar je bibliotekа koju je razvio Tim na Stanfordu kao deo knjige The Art and Science of Java (Eric Roberts). Namenjena je studentima za jednostavne grafičke aplikacije.

• GraphicsProgram: bazna klasa za crtanje na platnu.
• ConsoleProgram: interaktivni tekstualni ulaz/izlaz.
• DialogProgram: osnovni dijaloški prozor.

Glavne prednosti:

• Pojednostavljene GUI komponente (prozor, Canvas, dugmad).
• Jednostavno crtanje linija, krugova i teksta.
• Brza implementacija obrazovnih simulacija.

4. Primer Java aplikacije sa acm.jar

Sledeći kod prikazuje jednostavan GraphicsProgram koji crta krug na ekranu:

import acm.program.*;
import acm.graphics.*;

public class KlatnoBezOSP extends GraphicsProgram {
    public void run() {
        GOval kuglica = new GOval(100, 100, 50, 50);
        add(kuglica);
    }
    public static void main(String[] args) {
        new KlatnoBezOSP().start(args);
    }
}
  

Nakon uspešnog pokretanja, pojaviće se prozor sa krugom. Dalje, možete implementirati animaciju matematičkog klatna pomoću numeričke integracije i periodičnog obnavljanja ekrana.

Objašnjenje koda simulacije Matematičkog klatna

U nastavku je pregled glavnih delova koda i objašnjenje šta se dešava kada nasleđujete ACM-ovu klasu GraphicsProgram i kako se u metodi run() postavlja i pokreće animacija klatna.

Main metoda i nasleđivanje GraphicsProgram

Metodom public static void main(String[] args) kreiramo objekat klase MatematickoKlatno i pozivamo start(args). To pokreće ACM-ov životni ciklus:

• init() – inicijalizacija pre run().
• run() – glavni kod animacije.
• start() i stop() – pozivi pri pokretanju i gašenju programa.

Statičke promenljive i članovi klase

Na početku klase definišu se konstante kojima kontrolišemo klatno:

• DUZINA_KLATNA – dužina klatna u pikselima.
• PERIOD – period oscilacije u milisekundama.
• AMPLITUDA – maksimalni ugao ili pomeraj u pikselima.

Zatim se deklarišu grafički objekti: GLine nit za nit klatna i GOval kugla za samu kuglu.

Metoda run() – podešavanje i glavni tok

1. Podešavanje prozora: setSize(600, 600) definiše dimenzije glavnog prozora.
2. Inicijalizacija objekata: Kreiraju se GOval i GLine, podešavaju boje i dodaju na platno metodom add(...).
3. Pokretanje animacije: while(true) petlja stalno izračunava položaj i osvežava prikaz.

Detalji while(true) petlje

1. Čitanje vremena:
   long vreme = System.currentTimeMillis() % (long)PERIOD;
   Dobijamo trenutno vreme unutar jednog perioda oscilacije.
2. Izračunavanje ugla:
   double ugao = AMPLITUDA * Math.sin(2*Math.PI*vreme/PERIOD);
   Sinusna funkcija daje glatko oscilovanje.
3. Preračunavanje koordinata:
   double x = sredinaX + DUZINA_KLATNA*Math.sin(Math.toRadians(ugao));
double y = vrhY + DUZINA_KLATNA*Math.cos(Math.toRadians(ugao));
   Trigonometrijom određujemo tačnu poziciju kugle.
4. Ažuriranje grafike:
   kugla.setLocation(x - kugla.getWidth()/2, y - kugla.getHeight()/2);
nit.setStartPoint(sredinaX, vrhY);
nit.setEndPoint(x, y);
5. Kontrola brzine:
   pause(10); uvodi kratku pauzu radi glatke animacije.

Klasa GraphicsProgram

GraphicsProgram iz ACM biblioteke automatski kreira GUI prozor i primerak canvas-a, pokreće init() i run(), te pruža metode:

• add(GObject obj) / remove(GObject obj)
• getWidth() / getHeight()
• pause(int ms)
• addMouseListeners(), addKeyListeners()
• setSize(width, height), setBackground(Color)

Klase GLine i GOval

• GLine
  Linija između dve tačke:
  • new GLine(x1,y1,x2,y2)
  • setStartPoint(x,y), setEndPoint(x,y)
• GOval
  Oval/krug:
  • new GOval(width,height)
  • setFilled(true/false), setColor(Color)
  • setLocation(x,y)

Nasleđivanjem ovih klasa dobijate brz i jednostavan način za crtanje i animaciju u Java aplikacijama.