Python超人-宇宙模拟器

simulators/mpl/mpl_2d_simulator.py

@@ -65,8 +65,11 @@ class 星球:
         for 星球 in 星球列表:
             if 星球 is not self:
                 距离向量 = 星球.位置 - self.位置
-                距离 = np.linalg.norm(距离向量)
+                # 距离指的是两个物体之间的长度，是一个标量，仅具有大小
+                距离 = np.linalg.norm(距离向量)  # 距离向量:[30,40] 距离:50
                 # 计算万有引力，力的单位：N（kg m s^-2）
+                # 万有引力是一个矢量，它的方向是沿着两个物体质心的连线方向。
+                # 所以，要得到万有引力的矢量形式，就需要在大小的基础上乘以一个单位向量，该单位向量的方向与距离向量的方向相同。
                 力 = 万有引力常量 * self.质量 * 星球.质量 * 距离向量 / 距离 ** 3
                 总力 += 力
         # 计算加速度，单位：m s^-2

simulators/mpl/mpl_2d_simulator_arrow.py

@@ -65,9 +65,12 @@ class 星球:
         for 星球 in 星球列表:
             if 星球 is not self:
                 距离向量 = 星球.位置 - self.位置
-                距离 = np.linalg.norm(距离向量)
+                # 距离指的是两个物体之间的长度，是一个标量，仅具有大小
+                距离 = np.linalg.norm(距离向量)  # 距离向量:[30,40] 距离:50
                 # 计算万有引力，力的单位：N（kg m s^-2）
-                力 = 万有引力常量 * self.质量 * 星球.质量 * 距离向量 / 距离 ** 3
+                # 万有引力是一个矢量，它的方向是沿着两个物体质心的连线方向。
+                # 所以，要得到万有引力的矢量形式，就需要在大小的基础上乘以一个单位向量，该单位向量的方向与距离向量的方向相同。
+                力 = 万有引力常量 * self.质量 * 星球.质量 * 距离向量 / (距离 ** 3)
                 总力 += 力
         # 计算加速度，单位：m s^-2
         加速度 = 总力 / self.质量
@@ -93,12 +96,12 @@ def 场景1():
     时间步长 = 0.01
     # 创建星球列表
     星球列表 = [
-        星球(质量=2e12, 位置=[0, 0], 速度=[0, 0.1], 颜色='red', 名称偏移=[1, 0]),
-        星球(质量=5e10, 位置=[20, 0], 速度=[0, 1], 颜色='blue'),
-        星球(质量=5e10, 位置=[-20, 0], 速度=[0, -1], 颜色='green')
+        星球(质量=5e12, 位置=[0, 0], 速度=[0, 0.1], 颜色='red', 名称偏移=[1, 0]),
+        星球(质量=5e10, 位置=[20, 0], 速度=[0, 2], 颜色='blue'),
+        星球(质量=5e10, 位置=[-20, 0], 速度=[0, -2], 颜色='green')
     ]
     坐标轴.set_xlim(-50, 50)
-    坐标轴.set_ylim(-20, 80)
+    坐标轴.set_ylim(-50, 50)
 
 
 def 场景2():
@@ -128,15 +131,15 @@ def 场景2():
     坐标轴.set_ylim(-10, 50)
 
 
-场景1()
-# 场景2()
+# 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]
+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="white", size=30, fontname='SimHei') for 星球 in 星球列表]
 速度线列表 = [plt.Arrow(0, 0, 0, 0, color=星球.颜色) for 星球 in 星球列表]
 加速度线列表 = [plt.Arrow(0, 0, 0, 0, color=星球.颜色) for 星球 in 星球列表]
@@ -192,16 +195,34 @@ def 更新(帧):
         轨迹列表[i].set_data(轨迹[:, 0], 轨迹[:, 1])
         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((x - 0.8, y - 1))
-
+        min_length, max_length = 4, 100
         # 更新速度箭头
         速度线列表[i].remove()
-        速度线 = plt.arrow(x, y, 星球.速度[0] * 速度线长率, 星球.速度[1] * 速度线长率, width=0.05, head_width=1, color=星球.颜色)
+        dx, dy = 星球.速度[0] * 速度线长率, 星球.速度[1] * 速度线长率
+        distance = (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5
+        if distance > max_length:
+            # 重新设置 dx,dy ，使得 (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5 = 50
+            dx, dy = dx / distance * max_length, dy / distance * max_length
+        elif distance < min_length:
+            # 重新设置 dx,dy ，使得 (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5 = 5
+            dx, dy = dx / distance * min_length, dy / distance * min_length
+
+        速度线 = plt.arrow(x, y, dx, dy, width=0.05, head_width=1, color=星球.颜色)
         速度线列表[i] = 速度线
         坐标轴.add_patch(速度线)
 
         # 更新加速度箭头
         加速度线列表[i].remove()
-        加速度线 = plt.arrow(x, y, 星球.加速度[0] * 加速度线长率, 星球.加速度[1] * 加速度线长率, width=0.05, head_width=1, color="black")
+        dx, dy = 星球.加速度[0] * 加速度线长率, 星球.加速度[1] * 加速度线长率
+        distance = (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5
+        if distance > max_length:
+            # 重新设置 dx,dy ，使得 (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5 = 50
+            dx, dy = dx / distance * max_length, dy / distance * max_length
+        elif distance < min_length:
+            # 重新设置 dx,dy ，使得 (dx ** 2 + dy ** 2) ** 0.5 = 5
+            dx, dy = dx / distance * min_length, dy / distance * min_length
+
+        加速度线 = plt.arrow(x, y, dx, dy, width=0.05, head_width=1, color="black")
         加速度线列表[i] = 加速度线
         坐标轴.add_patch(加速度线)
 
@@ -215,21 +236,21 @@ def 更新(帧):
 
     return 点列表 + 轨迹列表 + 名称列表 + 速度线列表 + 加速度线列表 + 速度文本列表 + 加速度文本列表
 
-
-# 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。")
+def 设置窗口():
+    # 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)