Python超人-宇宙模拟器

bodies/asteroid.py

@@ -47,9 +47,9 @@ class Asteroid(Body):
     def show_trail(self):
         return False
 
-    def ignore_gravity(self, body):
+    def ignore_gravity_with(self, body):
         """
-        是否忽略引力
+        是否忽略指定天体的引力
         @param body:
         @return:
         """

bodies/asteroids.py

@@ -50,9 +50,9 @@ class Asteroids(Body):
         # 环状星群
         self.torus_stars = True
 
-    def ignore_gravity(self, body):
+    def ignore_gravity_with(self, body):
         """
-        是否忽略引力
+        是否忽略指定天体的引力
         @param body:
         @return:
         """

bodies/body.py

@@ -38,6 +38,7 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
         @param rotation_speed: 自旋速度（度/小时）
         @param parent: 天体的父对象
         @param ignore_mass: 是否忽略质量（如果为True，则不计算引力）
+                            TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
         @param is_fixed_star: 是否为恒星
         @param trail_color: 天体拖尾颜色（默认天体颜色）
         @param show_name: 是否显示天体名称
@@ -53,10 +54,11 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
         self.name = name
         self.__mass = mass
 
+        # 是否忽略质量（如果为True，则不计算引力）
+        # TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
         if self.__mass <= 0:  # 质量小于等于0就忽略
             self.ignore_mass = True
         else:
-            # 是否忽略质量（如果为True，则不计算引力）
             self.ignore_mass = ignore_mass
 
         self.__init_position = None
@@ -97,12 +99,13 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
 
         self.__has_rings = False
 
-    def set_ignore_mass(self, value=True):
+    def set_ignore_gravity(self, value=True):
         """
         设置忽略质量，True为引力失效
         @param value:
         @return:
         """
+        # TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
         if self.__mass <= 0:  # 质量小于等于0就忽略
             self.ignore_mass = True
         else:
@@ -220,9 +223,26 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
         @param value:
         @return:
         """
-        self.__acceleration = value
+        self.__acceleration = np.array(value, dtype=float)
         self.__record_history()
 
+    def stop(self):
+        """
+        停止运动，将加速度和速度置零
+        @return:
+        """
+        self.init_velocity = [0.0, 0.0, 0.0]
+        self.acceleration = [0.0, 0.0, 0.0]
+
+    def stop_and_ignore_gravity(self):
+        """
+        停止运动，并忽略质量（不受引力影响）
+        TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
+        @return:
+        """
+        self.set_ignore_gravity()
+        self.stop()
+
     @property
     def velocity(self):
         """
@@ -359,12 +379,15 @@ class Body(metaclass=ABCMeta):
                (self.name, self.__class__.__name__, self.mass, self.raduis, self.diameter, self.volume, self.density,
                 self.position[0], self.position[1], self.position[2], self.velocity)
 
-    def ignore_gravity(self, body):
+    def ignore_gravity_with(self, body):
         """
-        是否忽略引力
+        是否忽略指定天体的引力
         @param body:
         @return:
         """
+        # TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
+        if self.ignore_mass:
+            return True
 
         return False
 

bodies/dysen_sphere.py

@@ -39,13 +39,14 @@ class DysenSphere(Body):
             "parent": parent
         }
         super().__init__(**params)
+        # TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
         self.ignore_mass = True
         # 灯光禁用
         self.light_disable = True
 
-    def ignore_gravity(self, body):
+    def ignore_gravity_with(self, body):
         """
-        是否忽略引力
+        是否忽略指定天体的引力
         @param body:
         @return:
         """

bodies/moon.py

@@ -39,6 +39,7 @@ class Moon(Body):
         @param distance_scale: 距离缩放
         @param rotation_speed: 自旋速度（度/小时）
         @param ignore_mass: 是否忽略质量（如果为True，则不计算引力）
+                            TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
         @param trail_color:月球拖尾颜色（默认天体颜色）
         @param show_name: 是否显示月球名称
         @param gravity_only_for_earth: 如果为True，则仅适用于地球的重力，与其他天体之间的重力不会受到影响
@@ -61,12 +62,15 @@ class Moon(Body):
         super().__init__(**params)
         self.gravity_only_for_earth = gravity_only_for_earth
 
-    def ignore_gravity(self, body):
+    def ignore_gravity_with(self, body):
         """
-        是否忽略引力
+        是否忽略指定天体的引力
         @param body:
         @return:
         """
+        if self.ignore_mass:
+            return True
+
         if self.gravity_only_for_earth:
             # 月球只对地球有引力，忽略其他的引力
             if isinstance(body, Earth):

common/system.py

@@ -186,7 +186,7 @@ class System(object):
 
                 if body1 is body2:
                     continue
-                elif body1.ignore_gravity(body2) or body2.ignore_gravity(body1):
+                elif body1.ignore_gravity_with(body2) or body2.ignore_gravity_with(body1):
                     continue
 
                 r = body2.position - body1.position

sim_scenes/fiction/fixed_stars_1.py

@@ -14,11 +14,13 @@ from bodies.body import Body, AU
 
 if __name__ == '__main__':
     """
-    恒星演示   
+    恒星演示
     """
     # 构建恒星天体对象
     D = 5e5  # 基本距离单位:km（随意赋值）
     SIZE_SCALE = 0.5  # 所有天体尺寸缩放保持一致
+    # TODO: ignore_mass=True
+    #  注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
     bodies = [
         Earth(size_scale=SIZE_SCALE, ignore_mass=True),
         Sun(size_scale=SIZE_SCALE, ignore_mass=True),                   # 太阳

sim_scenes/fiction/fixed_stars_2.py

@@ -19,6 +19,8 @@ if __name__ == '__main__':
     # 构建恒星天体对象
     D = 5e5  # 基本距离单位:km（随意赋值）
     SIZE_SCALE = 0.5  # 所有天体尺寸缩放保持一致
+    # TODO: ignore_mass=True
+    #  注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
     bodies = [
         Earth(size_scale=SIZE_SCALE, ignore_mass=True),
         Sun(size_scale=SIZE_SCALE, ignore_mass=True),                   # 太阳

sim_scenes/func.py

@@ -8,11 +8,14 @@
 # ==============================================================================
 import matplotlib.pyplot as plt
 from common.consts import SECONDS_PER_WEEK, SECONDS_PER_DAY, SECONDS_PER_HALF_DAY
+from common.func import calculate_distance
 from common.system import System
+from bodies import Body
 from simulators.ursina.ursina_config import UrsinaConfig
 from simulators.ursina.ursina_event import UrsinaEvent
 from common.consts import LIGHT_SPEED
 import math
+import numpy as np
 
 
 def mayavi_run(bodies, dt=SECONDS_PER_WEEK,
@@ -202,7 +205,7 @@ def create_solar_system_bodies(ignore_mass=False, init_velocity=None):
 
     # 遍历所有天体，
     for idx, body in enumerate(bodies):
-        body.set_ignore_mass(ignore_mass)  # 忽略质量（引力无效）
+        body.set_ignore_gravity(ignore_mass)  # 忽略质量（引力无效）
         if init_velocity is not None:
             body.init_velocity = init_velocity
     return bodies
@@ -262,6 +265,29 @@ def get_vector2d_velocity(velocity, angle=15):
     return vx, vy
 
 
+def two_bodies_colliding(body1: Body, body2: Body):
+    """
+    判断两个天体是否相撞
+    @param body1:
+    @param body2:
+    @return:
+    """
+    if hasattr(body1, "planet") and hasattr(body2, "planet"):
+        # 使用 Ursina 的算法
+        if hasattr(body1.planet, "intersects"):
+            return body1.planet.intersects(body2.planet).hit
+
+    # 自行实现的算法，两物体的距离小于两物体半径的和，就视为碰撞了
+    d = calculate_distance(np.array(body1.position) * body1.distance_scale,
+                           np.array(body2.position) * body2.distance_scale)
+
+    if d <= body1.raduis * body1.size_scale + body2.raduis * body2.size_scale:
+        return True
+    return False
+
+    # raise Exception("two_bodies_colliding 不支持类型[body1 body2]")
+
+
 if __name__ == '__main__':
     from bodies import Sun, Earth
 

sim_scenes/funny/text_bodies.py

@@ -27,7 +27,10 @@ def show_text_bodies():
         pixel_image="./images/china.png",
         texture="color_body.png",
         params={"camera_pos": camera_pos})
+
     # 放一个恒星作为背景
+    # TODO: ignore_mass=True
+    #  注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
     bg = FixedStar(name="背景恒星", texture="fixed_star.png",
                    mass=2e32, color=(0xff, 0xf8, 0xd4),
                    init_position=[-450 * D, 100 * D, 6000 * D],  # [ 左-右+, 上+下-, 远+近- ]

sim_scenes/funny/the_eye_of_god.py

@@ -24,7 +24,10 @@ def show_eye_of_god():
     bodies = gen_bodies_from_image(pixel_image="./images/eye.png",
                                          texture="color_body.jpg",
                                          params={"camera_pos": camera_pos})
+
     # 放一个恒星作为背景
+    # TODO: ignore_mass=True
+    #  注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
     bg = FixedStar(name="背景恒星", texture="fixed_star.png",
                    mass=2e32, color=(0xff, 0xf8, 0xd4),
                    init_position=[-400 * D, 100 * D, 6000 * D],  # [ 左-右+, 上+下-, 远+近- ]

sim_scenes/science/parabolic_curve.py

@@ -8,7 +8,9 @@
 # ==============================================================================
 from bodies import Moon, Earth, Body
 from common.consts import SECONDS_PER_HOUR, SECONDS_PER_MINUTE
-from sim_scenes.func import ursina_run, get_vector2d_velocity
+from sim_scenes.func import ursina_run, get_vector2d_velocity, camera_look_at, two_bodies_colliding
+from simulators.ursina.entities.body_timer import TimeData
+from simulators.ursina.ursina_event import UrsinaEvent
 
 
 def create_ejected_object(velocity, raduis, trail_color, angle=10):
@@ -33,16 +35,38 @@ if __name__ == '__main__':
     抛物线模拟
     """
     # 地球在中心位置
-    e = Earth(init_position=[0, 0, 0], size_scale=1, texture="earth_hd.jpg", init_velocity=[0, 0, 0])
-    raduis = e.raduis + 300
-    # 红色：velocity = 8  # 物体飞不出地球太远，就落地
-    obj1 = create_ejected_object(velocity=8, raduis=raduis, trail_color=(255, 0, 0))
-    # 绿色：velocity = 10  # 物体能飞出地球很远，但还是无法摆脱地球引力
+    earth = Earth(init_position=[0, 0, 0], size_scale=1, texture="earth_hd.jpg", init_velocity=[0, 0, 0])
+    raduis = earth.raduis + 300
+    # TODO: 4个不同的抛出速度  7.5km/s、8.5km/s、10km/s、11.2km/s（第二宇宙速度）
+    # 粉色：velocity = 7.5，飞不出地球太远，就落地
+    obj0 = create_ejected_object(velocity=7.5, raduis=raduis, trail_color=(255, 0, 255))
+    # 红色：velocity = 8.5，飞不出地球太远，就落地
+    obj1 = create_ejected_object(velocity=8.5, raduis=raduis, trail_color=(255, 0, 0))
+    # 绿色：velocity = 10，能飞出地球很远，但还是无法摆脱地球引力
     obj2 = create_ejected_object(velocity=10, raduis=raduis, trail_color=(0, 255, 0))
-    # 蓝色：velocity = 11.2  # 脱离地球引力直接飞出。速度11.2千米/秒为脱离地球引力的速度叫第二宇宙速度
+    # 蓝色：velocity = 11.2，脱离地球引力直接飞出。速度11.2千米/秒为脱离地球引力的速度叫第二宇宙速度
     obj3 = create_ejected_object(velocity=11.2, raduis=raduis, trail_color=(0, 0, 255))
 
-    bodies = [e, obj1, obj2, obj3]
+    bodies = [earth, obj0, obj1, obj2, obj3]
+
+
+    def on_timer_changed(time_data: TimeData):
+        """
+        定时触发，在10分钟后，进行碰撞判断，如果抛出物与地球相碰撞了，则抛出物体静止不动
+        @param time_data:
+        @return:
+        """
+        if time_data.total_minutes > 10:
+            # 抛出物体10分钟后，再进行碰撞判断
+            for obj in [obj0, obj1, obj2, obj3]:
+                # 循环判断每个抛出物与地球是否相碰撞
+                if two_bodies_colliding(obj, earth):
+                    # 如果抛出物与地球相碰撞了，则静止不动（抛出物停止并忽略引力）
+                    obj.stop_and_ignore_gravity()
+
+
+    # 订阅计时器事件（定时触发）
+    UrsinaEvent.on_timer_changed_subscription(on_timer_changed)
 
     # 使用 ursina 查看的运行效果
     # 常用快捷键： P：运行和暂停  O：重新开始  I：显示天体轨迹

sim_scenes/solar_system/earth_clouds.py

@@ -17,7 +17,7 @@ if __name__ == '__main__':
     """
     earth = Earth(texture="earth_hd.jpg",
                   init_position=[0, 0, 0], init_velocity=[0, 0, 0],
-                  size_scale=1).set_ignore_mass()
+                  size_scale=1).set_ignore_gravity()
 
     # 创建带有云层的地球
     earth_with_clouds = Earth(texture="earth_hd.jpg",

sim_scenes/solar_system/hd_earth_at_night.py

@@ -19,6 +19,8 @@ if __name__ == '__main__':
     """
     resolution = 50
     # resolution = 500
+    # TODO: ignore_mass=True
+    #  注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
     bodies = [
         Earth(texture="earth_at_night_hd.jpg",
               init_position=[0, 0, 0], init_velocity=[0, 0, 0],

sim_scenes/solar_system/speed_of_light.py

@@ -18,6 +18,7 @@ camera_follow_light = 'SideView'  # 摄像机跟随光，方向是侧面看
 # 实例化一个初始化对象（订阅事件，记录到达每个行星所需要的时间）
 init = SpeedOfLightInit(camera_follow_light)
 
+# TODO: 注意：这里的算法是基于牛顿的万有引力（质量为0不受引力的影响在天体物理学中是不严谨）
 # 创建太阳系天体（忽略质量，引力无效，初速度全部为0）
 bodies = create_solar_system_bodies(ignore_mass=True, init_velocity=[0, 0, 0])
 

simulators/ursina/entities/body_timer.py

@@ -41,6 +41,15 @@ class TimeData:
         else:
             self.time_text = f'{self.hours:02d}:{self.minutes:02d}:{self.seconds:02d}'
 
+    @property
+    def total_minutes(self):
+        return self.total_seconds / 60
+
+    @property
+    def total_hours(self):
+        return self.total_seconds / 3600
+
+
 
 class BodyTimer(Singleton):
     """

simulators/ursina/entities/planet.py

@@ -73,7 +73,7 @@ class Planet(Entity):
             scale=scale,
             texture=texture,
             color=self.plant_color,
-            # collider="sphere",
+            collider="sphere",
             position=pos,
             rotation=rotation,
             double_sided=True