Python超人-宇宙模拟器

simulators/mpl_2d_simulator.py

@@ -6,6 +6,8 @@
 # link            :https://gitcode.net/pythoncr/
 # python_version  :3.8
 # ==============================================================================
+import math
+
 import numpy as np
 import matplotlib.pyplot as plt
 from matplotlib.animation import FuncAnimation
@@ -13,6 +15,10 @@ from matplotlib.animation import FuncAnimation
 # 设置 matplotlib 支持中文显示
 plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 使用黑体字体
 plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题
+plt.rcParams['font.family'] = 'Times New Roman'
+# https://miktex.org/download
+# 安装：https://mirrors.ustc.edu.cn/CTAN/systems/win32/miktex/setup/windows-x64/basic-miktex-24.1-x64.exe
+# plt.rcParams['text.usetex'] = 'True'
 
 # 定义物理常量
 # 万有引力常量，单位：m^3 kg^-1 s^-2
@@ -21,7 +27,7 @@ plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 解决负号显示问题
 
 # 定义星球类
 class 星球:
-    def __init__(self, 质量, 位置, 速度, 颜色, 大小=None, 名称=None, 名称偏移=[0, 0], 轨迹最大长度=2000):
+    def __init__(self, 质量, 位置, 速度, 颜色, 大小=None, 名称=None, 名称偏移=[2, 0], 轨迹最大长度=2200):
         """
         初始化星球对象。
 
@@ -81,6 +87,7 @@ class 星球:
 # 时间步长，单位：s
 时间步长 = 0.01
 
+
 def 场景1():
     global 星球列表, 时间步长
     时间步长 = 0.01
@@ -96,23 +103,52 @@ def 场景1():
 
 def 场景2():
     global 星球列表, 时间步长
-    时间步长 = 0.2
+    时间步长 = 0.01
     星球列表 = [
-        星球(质量=1e12, 位置=[10, 0], 速度=[0, 1], 颜色='blue', 名称="蓝星", 名称偏移=[1, 0]),
-        星球(质量=1e12, 位置=[-10, 0], 速度=[0, -1], 颜色='green', 名称="绿星", 名称偏移=[1, 0])
+        星球(质量=1e13, 位置=[0, 20], 速度=[0, 0], 颜色='blue', 名称="A", 名称偏移=[1, 0]),
+        星球(质量=1e13, 位置=[30, 20], 速度=[0, 0], 颜色='green', 名称="B", 名称偏移=[1, 0])
     ]
     坐标轴.set_xlim(-50, 50)
     坐标轴.set_ylim(-50, 50)
 
 
-场景1()
-# 场景2()
+def 场景2():
+    global 星球列表, 时间步长
+    时间步长 = 0.01
+    r1, r2 = 20, 10
+    # A、B 质量
+    mA = 1e13
+    mB = 2 * mA
+
+    pxA, pyA = 0, r1
+    pxB, pyB = r1 + r2, r1
+    # A、B 坐标
+    pA, pB = [pxA, pyA], [pxB, pyB]
+
+    vxA, vxB = 0, 0
+    # 万有引力常量 *mA * mB/ math.pow(r1+r2,2) = mA*math.pow(vyA,2)/r1
+    vyA = -math.sqrt((万有引力常量 * mA * mB) / math.pow(r1 + r2, 2) * r1 / mA)
+    # 万有引力常量 *mA * mB/ math.pow(r1+r2,2) = mB*math.pow(vyB,2)/r2
+    vyB = math.sqrt((万有引力常量 * mA * mB) / math.pow(r1 + r2, 2) * r2 / mB)
+    vA, vB = [vxA, vyA], [vxB, vyB]
+    星球列表 = [
+        星球(质量=mA, 位置=pA, 速度=vA, 颜色='blue', 名称="A"),
+        星球(质量=mB, 位置=pB, 速度=vB, 颜色='green', 名称="B")
+    ]
+    坐标轴.set_xlim(-5, 60)
+    坐标轴.set_ylim(-10, 50)
+
+
+# 场景1()
+场景2()
 
+# 设置纵横比为固定值，使得 X、Y 刻度比例不变
+坐标轴.set_aspect('equal')
 # 调整边距
 plt.subplots_adjust(left=0.05, bottom=0.04, right=0.97, top=0.97, wspace=0.4, hspace=0.4)
 点列表 = [坐标轴.plot([], [], 'o', color=星球.颜色, markersize=星球.大小)[0] for 星球 in 星球列表]
 轨迹列表 = [坐标轴.plot([], [], '-', color=星球.颜色)[0] for 星球 in 星球列表]
-名称列表 = [坐标轴.text(0, 0, 星球.名称, color=星球.颜色) for 星球 in 星球列表]
+名称列表 = [坐标轴.text(0, 0, 星球.名称, color="white", size=30, fontname='SimHei') for 星球 in 星球列表]
 
 
 # 初始化函数
@@ -148,17 +184,32 @@ def 更新(帧):
         点列表[i].set_data(星球.位置[0], 星球.位置[1])
         轨迹 = np.array(星球.轨迹)
         轨迹列表[i].set_data(轨迹[:, 0], 轨迹[:, 1])
-        偏移量_x, 偏移量_y = 星球.名称偏移
-        名称列表[i].set_position((星球.位置[0] + 偏移量_x + 0.5, 星球.位置[1] + 偏移量_y))
-        速度 = 坐标轴.text(星球.位置[0] + 偏移量_x + 0.5, 星球.位置[1] + 偏移量_y + 3,
-                      f"v:{round(星球.速度[0], 2)},{round(星球.速度[1], 2)}", color=星球.颜色)
-        加速度 = 坐标轴.text(星球.位置[0] + 偏移量_x + 0.5, 星球.位置[1] + 偏移量_y + 5,
-                      f"a:{round(星球.加速度[0], 2)},{round(星球.加速度[1], 2)}", color=星球.颜色)
+        偏移量_x, 偏移量_y = 0, 0  # 星球.名称偏移  星球.位置[0] + 偏移量_x + 0.5, 星球.位置[1] + 偏移量_y
+        名称列表[i].set_position((星球.位置[0] - 0.8, 星球.位置[1] - 1))
+        速度 = 坐标轴.text(星球.位置[0] + 偏移量_x - 2, 星球.位置[1] + 偏移量_y + 3,
+                      f"v:{星球.速度[0]:+.2f},{星球.速度[1]:+.2f}(m/s)\na:{星球.加速度[0]:+.2f},{星球.加速度[1]:+.2f}(m/s²)",
+                      size=15, fontname='Consolas', color=星球.颜色)
+
         速度列表.append(速度)
-        加速度列表.append(加速度)
-        # 名称列表[i].set_position((星球.位置[0] + 偏移量_x + 0.5, 星球.位置[1] + 偏移量_y))
-    return 点列表 + 轨迹列表 + 名称列表 + 速度列表 + 加速度列表
 
+        # 名称列表[i].set_position((星球.位置[0] + 偏移量_x + 0.5, 星球.位置[1] + 偏移量_y))
+    return 点列表 + 轨迹列表 + 名称列表 + 速度列表
+
+
+# 设置窗口大小（单位：英寸）
+width = 9
+height = 11
+图形.set_size_inches(width, height)
+
+# 设置窗口位置（x, y, width, height）
+x_pos = 1020
+y_pos = 0
+try:
+    manager = plt.get_current_fig_manager()
+    if hasattr(manager, 'window'):
+        manager.window.setGeometry(x_pos, y_pos, int(width * 100), int(height * 100))
+except AttributeError:
+    print("无法设置窗口位置，可能是因为使用的后端不支持此操作。")
 
 # 创建动画
 动画 = FuncAnimation(图形, 更新, frames=range(1000), init_func=初始化, blit=True, interval=2)