Chain v3
Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Версия от 21:39, 25 апреля 2014; Денис (обсуждение | вклад) (Новая страница: «Кафедра ТМ > Программирование > [[Программирование и моделирование в Интернет|Интер...»)
Кафедра ТМ > Программирование > Интернет > JavaScript > Цепь > Chain v3
<addscript src=Chain_v3_release/>
Не удается найти HTML-файл Chain_v3_TM.html
Скачать программу: Chain_v3_release.zip
Текст программы на языке JavaScript (разработчик Цветков Денис): <toggledisplay status=hide showtext="Показать↓" hidetext="Скрыть↑" linkstyle="font-size:default">
Файл "Chain_v3_release.js"
function MainChain(canvas, vCanvas) {
"use strict"; // Режим строкой проверки на ошибки
// Предварительные установки
var context = canvas.getContext("2d"); // на context происходит рисование
var vContext = vCanvas.getContext("2d");// на context происходит рисование
const Pi = 3.1415926; // число "пи"
const m0 = 1; // масштаб массы
const T0 = 1; // масштаб времени (период колебаний исходной системы)
const a0 = 1; // масштаб расстояния (диаметр шара)
const k0 = 2 * Pi / T0; // масштаб частоты
const C0 = m0 * k0 * k0; // масштаб жесткости
// *** Задание физических параметров ***
const m = 1 * m0; // масса
const C = 1 * C0; // жесткость
const numStart = 24; // начальное количество частиц
// *** Задание вычислительных параметров ***
const fps = 50; // frames per second - число кадров в секунду (качечтво отображения)
const spf = 10; // steps per frame - число шагов интегрирования между кадрами (скорость расчета)
const dt = 0.4 * T0 / fps; // шаг интегрирования (качество расчета)
// Выполнение программы
const scale = canvas.height / a0; // масштабный коэффициент для перехода от расчетных к экранным координатам
const wScale = canvas.width; // ширина окна в экранных координатах
const hScale = canvas.height; // высота окна в экранных координатах
const w = wScale / scale; // ширина окна в расчетных координатах
const h = hScale / scale; // высота окна в расчетных координатах
const chainHeightScale = hScale/2; // высота положения цепи в экранных координатах
// константы для графика скорости
const vWScale = vCanvas.width; // ширина окна в экранных координатах
const vHScale = vCanvas.height; // высота окна в экранных координатах
const vHeightScale = vHScale/2; // высота графика скорости в экранных координатах
const vAxisScale = vHScale * 0.4; // масштаб оси "y" графика скорости
const uvWResize = vWScale/wScale; // пересчет ширины относительно основного окна
// Генерорование начальных условий
var particles; // массив частиц
var num, pDist; // количество частиц и расстояние между шарами (в начальном положении)
MainChain.prototype.setNum = function(n){num = n; pDist = w/(num-1);}; // задать новое количество частиц
MainChain.prototype.setNum(numStart);
var uAxisScale; // масштаб оси "y" цепи
MainChain.prototype.newSystem = function(conf){
MainChain.prototype.actualConf = conf;
particles = [];
for (var i = 1; i < num + 1; i++) {
var b = [];
b.x0 = pDist*(i-1); // расчетные координаты начального положения частицы
b.x0Scale = b.x0*scale; // экранные координаты начального положения частицы
b.fu = 0; b.vu = 0; b.uu = 0; // сила; скорость; смещение отн. нач. положения
conf(b, i); // конфигурации начальных условий заданы ниже
particles[i] = b; // добавить элемент в массив
}
// здесь задается периодическая система
particles[0] = particles[num];
particles[num+1] = particles[1];
// уравновешивание суммарной скорости по оси х (чтобы частицы не улетали в сторону)
var sumvu = 0;
for (var i0 = 1; i0 < num+1; i0++) sumvu += particles[i0].vu;
var vuAverage = sumvu/num;
for (var i1 = 1; i1 < num+1; i1++) particles[i1].vu -= vuAverage;
// настройка оси "y"
var confCoeff = 1;
if (conf == MainChain.prototype.conf_random) confCoeff = Math.sqrt(num)/6;
if (conf == MainChain.prototype.conf_one || conf == MainChain.prototype.conf_stair2) confCoeff = num/5;
if (conf == MainChain.prototype.conf_stair3) confCoeff = num/10;
uAxisScale = hScale/(num/35) * confCoeff;
};
// настройки для конфигураций
var v0 = 1*a0/T0; // conf_random - начальный разброс скоростей
var sinNum = 2; // conf_sin - количество периодов синуса в цепи
var hillDiv = 1/4; // conf_hill - часть (доля) цепи, которую занимает "холм"
// конфигурации
MainChain.prototype.conf_random = function(b){b.vu = v0*(2*Math.random()-1);};
MainChain.prototype.conf_sin = function(b, i){b.vu = Math.sin(2*Pi * i/num*sinNum);};
MainChain.prototype.conf_one = function(b, i){if (i == Math.ceil(num/2)) b.vu = 0.5; else b.vu = 0;};
MainChain.prototype.conf_stair2 = function(b, i){if (i%4 == 0 || (i-1)%4 == 0) b.vu = 1; else b.vu = 0;};
MainChain.prototype.conf_stair3 = function(b, i){if (i%6 == 0 || (i-1)%6 == 0 || (i-2)%6 == 0) b.vu = 1; else b.vu = 0;};
MainChain.prototype.conf_hill = function(b, i){
var nd2 = hillDiv *num/2; // количество частиц, у которых изменится начальная скорость / 2 (половина параболы)
if (i > num/2-nd2 && i < num/2+nd2) b.vu = (1 - (i-num/2)*(i-num/2)/(nd2*nd2)); // парабола
else b.vu = 0;
};
// Основной цикл программы
function control() {
physics();
draw();
}
// Расчетная часть программы
function physics(){
for (var s=1; s<=spf; s++) {// то, что происходит каждый шаг времени
for (var i=1; i<particles.length-1; i++){
particles[i].fu = C*(particles[i+1].uu - 2*particles[i].uu + particles[i-1].uu);
particles[i].vu += particles[i].fu / m * dt;
}
// присваиваем новые перемещения
for (var i2=1; i2 < particles.length-1; i2++ ) particles[i2].uu += particles[i2].vu * dt;
}
}
// Рисование
function draw(){
function clearAndPrepairCtx(ctx, wS, hS, lineHeight){ // очистить экран и нарисовать линию посередине
ctx.clearRect(0, 0, wS, hS); // очистить экран
ctx.strokeStyle = 'gray';
ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0, lineHeight);
ctx.lineTo(wS, lineHeight);
ctx.stroke();
ctx.strokeStyle = 'black';
}
// цепь
clearAndPrepairCtx(context, wScale, hScale, chainHeightScale);
context.beginPath();
context.moveTo(particles[1].x0Scale, chainHeightScale + particles[1].uu*uAxisScale);
for (var i = 2; i < particles.length-1; i++)
context.lineTo(particles[i].x0Scale, chainHeightScale + particles[i].uu*uAxisScale);
context.stroke();
// график скорости
clearAndPrepairCtx(vContext, vWScale, vHScale, vHeightScale);
vContext.beginPath();
vContext.moveTo(particles[1].x0Scale * uvWResize, vHeightScale + particles[1].vu*vAxisScale);
for (var i0 = 2; i0 < particles.length-1; i0++)
vContext.lineTo(particles[i0].x0Scale * uvWResize, vHeightScale + particles[i0].vu*vAxisScale);
vContext.stroke();
}
// Запуск системы
MainChain.prototype.newSystem(MainChain.prototype.conf_hill);
setInterval(control, 1000/fps);
}
Файл "Chain_v2_release.html"
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Chain</title>
<script src="Chain_v3_release.js"></script>
</head>
<body>
<table>
<tr>
<td>u</td>
<td><canvas id="canvasChain" width="800" height="200" style="border:1px solid #000000;"></canvas></td>
<td rowspan="4" style="width:200px" valign="top">
Конфигурации<br>(наведите на кнопку,<br>чтобы увидеть описание):<br>
<input type="button" title="Случайная скорость у каждой частички" style="width: 150px" name="" onclick="app.newSystem(app.conf_random);return false;" value="Random"/><br>
<input type="button" title="Начальная скорость частиц задается с помощью функции синуса" style="width: 150px" name="" onclick="app.newSystem(app.conf_sin);return false;" value="Sin"/><br>
<input type="button" title="Скорость равна 0 у всех частичек, кроме одной" style="width: 150px" name="" onclick="app.newSystem(app.conf_one);return false;" value="Impulse"/><br>
<input type="button" title="Начальная скорость частиц задается ступеньками - две частички движутся, две не движутся" style="width: 150px" name="" onclick="app.newSystem(app.conf_stair2);return false;" value="Stairs (2 particles)"/><br>
<input type="button" title="Начальная скорость частиц задается ступеньками - три частички движутся, три не движутся" style="width: 150px" name="" onclick="app.newSystem(app.conf_stair3);return false;" value="Stairs (3 particles)"/><br>
<input type="button" title="Начальная скорость частиц задается холмом, холм занимает 1/4 часть цепи" style="width: 150px" name="" onclick="app.newSystem(app.conf_hill);return false;" value="Hill"/><br>
<br><br>
<div style="width:150px">
Количество частиц:<br>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(12); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="12"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(24); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="24"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(48); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="48"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(96); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="96"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(300); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="300"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(600); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="600"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(1200); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="1200"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(2400); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="2400"/>
<input type="button" style="width: 40px" name="" onclick="app.setNum(4800); app.newSystem(app.actualConf);return false;" value="4800"/>
</div>
</td>
</tr><tr>
<td></td>
<td align="center">x</td>
</tr ><tr>
<td style="padding:30px 0 0 0;">v</td>
<td style="padding:30px 0 0 0;"><canvas id="canvasChainV" width="800" height="100" style="border:1px solid #000000;"></canvas></td>
</tr><tr>
<td></td>
<td align="center">x</td>
</tr>
</table>
<script type="text/javascript">var app = new MainChain(document.getElementById('canvasChain'), document.getElementById('canvasChainV'));</script>
</body>
</html>
</toggledisplay>
