三体运行模拟器

bodies/asteroid.py

@@ -27,7 +27,7 @@ class Asteroid(Body):
     """
 
     def __init__(self, name="Asteroid", mass=4.1e10,
-                 init_position=[1.5 * AU, 0, 0],
+                 init_position=[1.6 * AU, 0, 0],
                  init_velocity=[0, 25.37, 0],
                  texture="", size_scale=1.0, distance_scale=1.0):
         params = {
@@ -43,6 +43,17 @@ class Asteroid(Body):
         }
         super().__init__(**params)
 
+    def ignore_gravity(self, body):
+        """
+        是否忽略引力
+        :param body:
+        :return:
+        """
+        # 小行星只对恒星有引力，忽略其他行星的引力
+        if body.is_fixed_star:
+            return False
+
+        return True
 
 if __name__ == '__main__':
     asteroid = Asteroid()

bodies/body.py

@@ -17,6 +17,7 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
     """
     天体信息基类
     """
+
     def __init__(self, name, mass, init_position, init_velocity,
                  density=5e3, color=(125 / 255, 125 / 255, 125 / 255),
                  texture=None, size_scale=1.0, distance_scale=1.0):
@@ -231,6 +232,15 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
                (self.name, self.mass, self.raduis,
                 self.position[0], self.position[1], self.position[2], self.velocity)
 
+    def ignore_gravity(self, body):
+        """
+        是否忽略引力
+        :param body:
+        :return:
+        """
+
+        return False
+
     def position_au(self):
         """
         获取天体的位置（单位：天文单位 A.U.）

common/func.py

@@ -7,6 +7,9 @@
 # python_version  :3.8
 # ==============================================================================
 from PIL import Image
+from common.consts import AU
+import numpy as np
+import random
 
 
 def get_dominant_colors(infile, resize=(20, 20)):
@@ -37,3 +40,136 @@ def get_dominant_colors(infile, resize=(20, 20)):
         colors.append(tuple(dominant_color))
 
     return colors
+
+
+def circle_x_y(points, radius=1.6 * AU):
+    """
+
+    :param points:
+    :param radius:
+    :return:
+    """
+    x = radius * np.cos(points)
+    y = radius * np.sin(points)
+    return x, y
+
+
+def get_position_force(angles, force=1, radius=1, radius_offset=None, force_offset=None):
+    """
+
+    :param angles:
+    :param force:
+    :param radius:
+    :param radius_offset:
+    :param force_offset:
+    :return:
+    """
+    angles = np.array(angles * np.pi)
+
+    if isinstance(radius_offset, int):
+        radius = radius + np.random.rand(len(angles)) * radius_offset
+
+    if isinstance(force_offset, int):
+        force = force + np.random.rand(len(angles)) * force_offset
+
+    pxs = radius * np.cos(angles)
+    pys = radius * np.sin(angles)
+
+    fys = force * np.cos(angles)  # math.cos(math.radians(angle))
+    fxs = force * np.sin(angles)  # math.sin(math.radians(angle))
+
+    # return pxs, pys, fxs, fys
+    return np.round(pxs, 2), np.round(pys, 2), -np.round(fxs, 2), np.round(fys, 2)
+#
+#
+# import math
+#
+# """
+# 用python写一个函数，根据不同角度的参数列表，返回坐标 pos_x, pos_y，以及分解力fx fy
+#
+# def get_force(angle_list):
+#     pos_x = 0
+#     pos_y = 0
+#     fx = 0
+#     fy = 0
+#     for angle in angle_list:
+#         force_x, force_y = get_force_from_angle(angle)
+#         pos_x += force_x
+#         pos_y += force_y
+#         fx += force_x
+#         fy += force_y
+#
+#     return pos_x, pos_y, fx, fy
+#
+# def get_force_from_angle(angle):
+#     force_x = math.cos(math.radians(angle))
+#     force_y = math.sin(math.radians(angle))
+#     return force_x, force_y
+# """
+#
+# """
+# ```python
+# def get_positions_forces_from_angles(angles,radius, force):
+#
+# ```
+# """
+#
+#
+# def get_position_force(angle_list, radius=1, force=1):
+#     fxs = []
+#     fys = []
+#     angle_list = np.array(angle_list * np.pi)
+#     pxs = radius * np.cos(angle_list)
+#     pys = radius * np.sin(angle_list)
+#
+#     for angle in angle_list:
+#         fx, fy = get_force_from_angle(angle)
+#         fxs.append(fx * force)
+#         fys.append(fy * force)
+#
+#     return np.round(pxs, 2), np.round(pys, 2), np.round(fxs, 2), np.round(fys, 2)
+#
+#
+# def get_force_from_angle(angle):
+#     force_x = math.cos(angle)
+#     force_y = math.sin(angle)
+#     # force_x = math.cos(math.radians(angle))
+#     # force_y = math.sin(math.radians(angle))
+#     return force_x, force_y
+#
+#
+# if __name__ == '__main__':
+#     # a = [0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315, 360]
+#     # start:返回样本数据开始点
+#     # stop:返回样本数据结束点
+#     # num:生成的样本数据量，默认为50
+#     points = np.linspace(0, 2 * np.pi, 10)
+#     # points = np.array([0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315, 360])
+#     # points = np.array([0.        , 0.17453293, 0.34906585, 0.52359878, 0.6981317 ,
+#     #    0.87266463, 1.04719755, 1.22173048, 1.3962634 , 1.57079633])
+#     # x, y = circle_x_y(points, 1)
+#     # print(x, y)
+#     print(points)
+#     pos_x, pos_y, fx, fy = circle_x_y_f(points, radius=1.6, force=25.37)
+#     print(pos_x, pos_y, fx, fy)
+#
+# """
+#     asteroids = [
+#         Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+#                  init_position=[1.6 * AU, 0, 0],
+#                  init_velocity=[0, 25.37, 0],
+#                  distance_scale=1),
+#         Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+#                  init_position=[-1.6 * AU, 0, 0],
+#                  init_velocity=[0, -25.37, 0],
+#                  distance_scale=1),
+#         Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+#                  init_position=[0, 1.6 * AU, 0],
+#                  init_velocity=[-25.37, 0, 0],
+#                  distance_scale=1),
+#         Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+#                  init_position=[0, -1.6 * AU, 0],
+#                  init_velocity=[25.37, 0, 0],
+#                  distance_scale=1),
+#     ]
+# """

common/system.py

@@ -69,6 +69,8 @@ class System(object):
             for body2 in self.bodies:
                 if body1 is body2:
                     continue
+                elif body1.ignore_gravity(body2) or body2.ignore_gravity(body1):
+                    continue
 
                 r = body2.position - body1.position
                 # G = 6.67e-11 # 万有引力常数

scenes/solar_system_3.py

@@ -7,8 +7,11 @@
 # python_version  :3.8
 # ==============================================================================
 from bodies import Sun, Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune, Pluto, Asteroid
+from bodies.body import AU
 from common.consts import SECONDS_PER_WEEK
+from common.func import get_position_force
 from scenes.func import mayavi_run
+import numpy as np
 
 if __name__ == '__main__':
     # 八大行星：木星(♃)、土星(♄)、天王星(♅)、海王星(♆)、地球(⊕)、金星(♀)、火星(♂)、水星(☿)
@@ -20,18 +23,54 @@ if __name__ == '__main__':
     #  以下展示的效果非太阳系真实的距离和大小
     #  1、由于宇宙空间尺度非常大，按照实际的大小无法看到行星天体，因此需要对天体的尺寸进行放大
     #  2、对每个行星天体的距离进行了缩放
+    # 构建4个小行星
+    # asteroids = [
+    #     Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+    #              init_position=[1.6 * AU, 0, 0],
+    #              init_velocity=[0, 25.37, 0],
+    #              distance_scale=1),
+    #     Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+    #              init_position=[-1.6 * AU, 0, 0],
+    #              init_velocity=[0, -25.37, 0],
+    #              distance_scale=1),
+    #     Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+    #              init_position=[0, 1.6 * AU, 0],
+    #              init_velocity=[-25.37, 0, 0],
+    #              distance_scale=1),
+    #     Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+    #              init_position=[0, -1.6 * AU, 0],
+    #              init_velocity=[25.37, 0, 0],
+    #              distance_scale=1),
+    # ]
+    # 构建 50 小行星，太多的小行星会影响电脑性能
+    NUM_OF_ASTEROIDS = 60
+    asteroids = []
+    angles = np.linspace(0, 40 * np.pi, NUM_OF_ASTEROIDS)
+    pxs, pys, fxs, fys = get_position_force(angles,
+                                            radius=1.60 * AU,
+                                            force=23.37,
+                                            radius_offset=0.2 * AU,
+                                            force_offset=0.2)
+    for i, px in enumerate(pxs):
+        py, fx, fy = pys[i], fxs[i], fys[i]
+        asteroids.append(Asteroid(size_scale=1e9,  # 小行星放大 1000000000 倍，距离保持不变
+                                  init_position=[px, py, 0],
+                                  init_velocity=[fx, fy, 0],
+                                  distance_scale=1.2))
+
+
     bodies = [
-        Sun(size_scale=0.8e2),                          # 太阳放大 80 倍
-        Mercury(size_scale=4e3, distance_scale=1),      # 水星放大 4000 倍，距离保持不变
-        Venus(size_scale=4e3, distance_scale=1),        # 金星放大 4000 倍，距离保持不变
-        Earth(size_scale=4e3, distance_scale=1),        # 地球放大 4000 倍，距离保持不变
-        Mars(size_scale=4e3, distance_scale=1),         # 火星放大 4000 倍，距离保持不变
-        # Asteroid(size_scale=4e4, distance_scale=1),     # 小行星放大 40000 倍，距离保持不变
+        Sun(size_scale=0.8e2),  # 太阳放大 80 倍
+        Mercury(size_scale=4e3, distance_scale=1.1),      # 水星放大 4000 倍，距离保持不变
+        Venus(size_scale=4e3, distance_scale=1.1),        # 金星放大 4000 倍，距离保持不变
+        Earth(size_scale=4e3, distance_scale=1.1),        # 地球放大 4000 倍，距离保持不变
+        Mars(size_scale=4e3, distance_scale=1.1),         # 火星放大 4000 倍，距离保持不变
         Jupiter(size_scale=0.8e3, distance_scale=0.5),  # 木星放大 800 倍，距离缩小到真实距离的 0.5
         Saturn(size_scale=0.8e3, distance_scale=0.38),  # 土星放大 800 倍，距离缩小到真实距离的 0.38
         Uranus(size_scale=0.8e3, distance_scale=0.26),  # 天王星放大 800 倍，距离缩小到真实距离的 0.26
         Neptune(size_scale=1e3, distance_scale=0.22),   # 海王星放大 1000 倍，距离缩小到真实距离的 0.22
         Pluto(size_scale=10e3, distance_scale=0.20),    # 冥王星放大 10000 倍，距离缩小到真实距离的 0.2(从太阳系的行星中排除)
     ]
-
+    bodies += asteroids
+    # mayavi_run(bodies, SECONDS_PER_WEEK, view_azimuth=-45)
     mayavi_run(bodies, SECONDS_PER_WEEK, view_azimuth=-45, view_distance=3e9, view_focalpoint=[5e2, 5e2, 5e2])