КП: Разрушение нанокластера — различия между версиями

  1 // m: Вязкоупругий шар
  2 // Версия 6.3 от 05.05.2014
  3 
  4 // В программе используется Short Lennard-Jones потенциал (SLJ).
  5 // Подробнее о нем вы можете прочитать здесь:  (http://tm.spbstu.ru/SLJ)
  6 
  7 function MainBalls(canvas, slider_01, text_01, slider_02, text_02) {
  8 
  9     canvas.onselectstart = function () {return false;};     // запрет выделения canvas
 10 
 11     // Предварительные установки
 12 
 13     var context = canvas.getContext("2d");                  // на context происходит рисование
 14     canvas.oncontextmenu = function (e) {return false;};    // блокировка контекстного меню
 15 
 16     var Pi = 3.1415926;                 // число "пи"
 17 
 18     var m0 = 1;                         // масштаб массы
 19     var t0 = 1;                         // масштаб времени (период колебаний исходной системы)
 20     var a0 = 1;                         // масштаб расстояния (диаметр шара)
 21 
 22     var g0 = a0 / t0 / t0;              // масштаб ускорения (ускорение, при котором за t0 будет пройдено расстояние a0)
 23     var k0 = 2 * Pi / t0;               // масштаб частоты
 24     var C0 = m0 * k0 * k0;              // масштаб жесткости
 25     var B0 = 2 * m0 * k0;               // масштаб вязкости
 26 
 27     // *** Задание физических параметров ***
 28 
 29     var Ny = 16;                         // число шаров, помещающихся по вертикали в окно (задает размер шара относительно размера окна)
 30     var m = 1 * m0;                     // масса
 31     var CWall = 10 * C0;                // жесткость стен
 32     var CBall = 0.1 * CWall;            // жесткость между частицами
 33     var BVisc = 0.008 * B0;             // вязкость среды
 34     var BWall = 0.03 * B0;              // вязкость на стенках
 35     
 36     var r = 0.5 * a0;                   // радиус частицы в расчетных координатах
 37     var K = 0.7;                        // все силы, зависящие от радиуса, ограничиваются значением, реализующимся при r/a = K
 38     var a = 2 * r;                      // равновесное расстояние между частицами
 39     var aCut = 2 * a;                   // радиус обрезания
 40 	var alfa = 2;                     // коэффициент для хрупкого вз. Лен-Дж
 41 
 42     // *** Задание вычислительных параметров ***
 43 
 44     var fps = 60;                       // frames per second - число кадров в секунду (качечтво отображения)
 45     var spf = 100;                      // steps per frame   - число шагов интегрирования между кадрами (скорость расчета)
 46     var dt  = 0.04 * t0 / fps;          // шаг интегрирования (качество расчета)
 47 	var mg = 0 * m * g0;             // сила тяжести
 48 
 49     // Выполнение программы
 50 	var sqrt3 = Math.sqrt(3);
 51     var r2 = r * r;                     // ___в целях оптимизации___
 52     var a2 = a * a;                     // ___в целях оптимизации___
 53     var D = a2 * CBall / 72;            // энергия связи между частицами
 54     var LJCoeff = 12 * D / a2;          // коэффициент для расчета потенциала Л-Дж
 55     var bet = Math.pow(13 / 7, 1/6) * a;    // коэффициент для SLJ потенциала
 56     var bet2 = bet * bet;                     // ___в целях оптимизации___
 57     var SLJDenominator = 1 / (aCut * aCut - bet2);    // знаменатель для расчета SLJ потенциала
 58 	var sqrtkoef = Math.sqrt(alfa/(1+alfa));  //___в целях оптимизации___
 59 
 60     var Ka = K * a;                     // ___в целях оптимизации___
 61     var K2a2 = K * K * a2;              // ___в целях оптимизации___
 62 
 63     var dNd = null;                     // ссылка на захваченный курсором шар (drag & drop)
 64     var SLJEnabled = document.getElementById('checkbox_01').checked;
 65 
 66     this.setSlider_01 = function(c) {mg = c * m * g0;}; // функция для слайдера гравитации; 
 67     this.setCheckbox_01 = function(bool) {SLJEnabled = bool;};
 68 	this.setCheckbox_01(SLJEnabled);
 69 
 70     // Настройка интерфейса
 71 
 72     slider_01.min = 0;               slider_01.max = 5;
 73     slider_01.step = 0.05;
 74     slider_01.value = mg / m / g0;          // начальное значение ползунка должно задаваться после min и max
 75     text_01.value = mg / m / g0;
 76 
 77     // Запуск новой системы
 78 
 79     // следующие переменные должны пересчитываться каждый раз, когда мы изменяем значение Ny
 80     var scale, w, h;
 81     var rScale13, rScaleShift;
 82     this.newSystem = function() {
 83         scale = canvas.height / Ny / a0;    // масштабный коэффициент для перехода от расчетных к экранным координатам
 84         w = canvas.width / scale;           // ширина окна в расчетных координатах
 85         h = canvas.height / scale;          // высота окна в расчетных координатах
 86 
 87         rScale13 = r * scale * 1.3;         // ___в целях оптимизации___
 88         rScaleShift = r * scale / 5;        // ___в целях оптимизации___
 89 
 90         this.setTriangularLattice(5);                   // сразу создаем конфигурацию
 91     };
 92 
 93     // Работа с мышью
 94 
 95     var mx_, my_;                               // буфер позиции мыши (для расчета скорости при отпускании шара)
 96 
 97     canvas.onmousedown = function(e) {          // функция при нажатии клавиши мыши
 98         var m = mouseCoords(e);                 // получаем расчетные координаты курсора мыши
 99         // цикл в обратную сторону, чтобы захватывать шар, нарисованный "сверху"
100         // (т.к. цикл рисования идет в обычном порядке)
101         for (var i = balls.length - 1; i >= 0; i--) {
102             var b = balls[i];
103             var rx = b.x - m.x;
104             var ry = b.y - m.y;
105             var rLen2 = rx * rx + ry * ry;              // квадрат расстояния между курсором и центром шара
106             if (rLen2 <= r2) {                          // курсор нажал на шар
107                 if (e.which == 1) {                     // нажата левая клавиша мыши
108                     dNd = b;
109                     dNd.xPlus = dNd.x - m.x;            // сдвиг курсора относительно центра шара по x
110                     dNd.yPlus = dNd.y - m.y;            // сдвиг курсора относительно центра шара по y
111                     mx_ = m.x;    my_ = m.y;
112                     canvas.onmousemove = mouseMove;     // пока клавиша нажата - работает функция перемещения
113                 } else if (e.which == 3)                // нажата правая клавиша мыши
114                     balls.splice(i, 1);                 // удалить шар
115                 return;
116             }
117         }
118 
119         // если не вышли по return из цикла - нажатие было вне шара, добавляем новый
120         if (e.which == 1) {
121             dNd = addNewBall(m.x, m.y, true);   // добавляем шар и сразу захватываем его курсором
122             if (dNd == null) return;            // если шар не добавился (из за стен или других шаров) - возвращаемся
123             dNd.xPlus = 0;  dNd.yPlus = 0;      // держим шар по центру
124             mx_ = m.x;    my_ = m.y;
125             canvas.onmousemove = mouseMove;     // пока клавиша нажата - работает функция перемещения
126         }
127     };
128 
129     document.onmouseup = function(e) {          // функция при отпускании клавиши мыши
130         canvas.onmousemove = null;              // когда клавиша отпущена - функции перемещения нету
131         dNd = null;                             // когда клавиша отпущена - захваченного курсором шара нету
132     };
133 
134     function mouseMove(e) {                     // функция при перемещении мыши, работает только с зажатой ЛКМ
135         var m = mouseCoords(e);                 // получаем расчетные координаты курсора мыши
136         dNd.x = m.x + dNd.xPlus;
137         dNd.y = m.y + dNd.yPlus;
138         dNd.vx = 0.6 * (m.x - mx_) / dt / fps;   dNd.vy = 0.6 * (m.y - my_) / dt / fps;
139         mx_ = m.x;    my_ = m.y;
140     }
141 
142     function mouseCoords(e) {                   // функция возвращает расчетные координаты курсора мыши
143         var m = [];
144         var rect = canvas.getBoundingClientRect();
145         m.x = (e.clientX - rect.left) / scale;
146         m.y = (e.clientY - rect.top) / scale;
147         return m;
148     }
149 
150     // Работа с массивом
151 
152     var balls = [];                             // массив шаров
153     var addNewBall =  function(x, y, check) {
154         // проверка - не пересекается ли новый шар со стенами или уже существующими шарами
155         if (check) {
156             if (x - r < 0 || x + r > w || y - r < 0 || y + r > h) return null;
157             for (var i = 0; i < balls.length; i++) {
158                 var rx = balls[i].x - x;
159                 var ry = balls[i].y - y;
160                 var rLen2 = rx * rx + ry * ry;
161                 if (rLen2 < 4 * r2) return null;
162             }
163         }
164 
165         var b = [];
166 
167         b.x = x;                b.y = y;        // расчетные координаты шара
168         b.fx = 0;               b.fy = mg;      // сила, действующая на шар
169         b.vx = 0;               b.vy = 0;       // скорость
170 
171         balls[balls.length] = b;                // добавить элемент в конец массива
172         return b;
173     };
174 	
175 
176 	
177 /*     this.setRose = function() {balls = [];       //розочка
178 		addNewBall(w/2, h/8);
179 			for (var i = 0; i< 5*Math.PI/3; i+= Math.PI/3){
180 				addNewBall(w/2+a*Math.cos(i), h/8+a*Math.sin(i)); 
181 			}
182 	}; 
183 
184     this.setQuad = function() {               // квадратная конфигурация
185         balls = [];
186         for (var i = 1; i < 4; i++)
187 			for(var j = 1; j < 4; j++)
188 				addNewBall(i *(a0)+7*w/16, j * (a0));
189     }; */
190 	
191     this.setTriangularLattice = function(lat) {            // задать на поле треугольную решетку
192         balls = [];
193         for (var j = 0; j < Math.floor(lat / (sqrt3 * r)); j++)
194         for (var j = 0; j < Math.floor(lat / (sqrt3 * r)); j++)
195             for (var i = 0; i < Math.floor(lat / r)-1; i++)
196                 if ((i + j) % 2 == 0) addNewBall(r * (i + 1) +3.2*w/8, r * (1 + sqrt3 * j), false);
197     };
198 	
199 	this.setEmpty = function() {balls = [];};
200 
201     // Основной цикл программы
202 
203     function control() {
204         physics();
205         draw();
206     }
207 
208     // Расчетная часть программы
209 
210     function physics() {                            // то, что происходит каждый шаг времени
211         for (var s = 1; s <= spf; s++) {
212 
213             var BViscTh = BVisc;
214             // пересчет сил идет отдельным массивом, т.к. далее будут добавляться силы взаимодействия между шарами
215             for (var i0 = 0; i0 < balls.length; i0++) {
216                 balls[i0].fx = - BViscTh * balls[i0].vx;
217                 balls[i0].fy = mg - BViscTh * balls[i0].vy;
218             }
219 
220             for (var i = 0; i < balls.length; i++) {
221                 // расчет взаимодействия производится со всеми следующими шарами в массиве,
222                 // чтобы не считать каждое взаимодействие дважды
223                 var b = balls[i];
224                 for (var j = i + 1; j < balls.length; j++) {
225                     var b2 = balls[j];
226                     var rx = b.x - b2.x;   var ry = b.y - b2.y;         // вектор смотрит на первый шар (b)
227                     var r2 = rx * rx + ry * ry;                         // квадрат расстояния между шарами
228                     var rLen = (Math.sqrt(r2));
229 
230 
231                     // сила взаимодействия
232                     var s2 = a2 / r2;         var s4 = s2 * s2;         // ___в целях оптимизации___
233                     var F = LJCoeff * s4 * s4 * (s4 * s2 - 1);          // сила взаимодействия Леннарда-Джонса
234                     if (SLJEnabled) {
235 					
236                         var kSLJ;                                           // k(r) - сглаживающий коэффициент SLJ потенциала
237                         if (rLen <= bet) kSLJ = 1;
238 						
239                         if (rLen <= aCut && rLen > bet) {
240                             var brackets = (r2 - bet2) * SLJDenominator;
241 							var brackets2=((1-(1+sqrtkoef)*brackets*brackets))*((1-(1+sqrtkoef)*brackets*brackets));
242                             kSLJ = (1+alfa)*(brackets2)-alfa;
243 							
244                         }                                                   
245 						if (rLen >=aCut) {
246 							kSLJ=0;
247 						}
248                         F *= kSLJ;
249                     }
250 
251                     // суммируем силы
252                     var Fx = F * rx;        var Fy = F * ry;
253 
254                     b.fx += Fx;             b.fy += Fy;
255                     b2.fx -= Fx;            b2.fy -= Fy;
256                 }
257 
258                 if (b == dNd) continue;  // если шар схвачен курсором - его вз. со стенами и перемещение не считаем
259 
260                 if (b.y + r > h) { b.fy += -CWall * (b.y + r - h) - BWall * b.vy; }
261                 if (b.y - r < 0) { b.fy += -CWall * (b.y - r) - BWall * b.vy;}
262                 if (b.x + r > w) { b.fx += -CWall * (b.x + r - w) - BWall * b.vx; }
263                 if (b.x - r < 0) { b.fx += -CWall * (b.x - r) - BWall * b.vx; }
264 
265                 b.vx += b.fx / m * dt;        b.vy += b.fy / m * dt;
266                 b.x += b.vx * dt;             b.y += b.vy * dt;
267             }
268         }
269     }
270 
271     // Рисование
272 	context.fillStyle = "#3070d0";
273     function draw() {
274         context.clearRect(0, 0, w * scale, h * scale);      // очистить экран
275         for (var i = 0; i < balls.length; i++){
276             var xS = balls[i].x * scale;           var yS = balls[i].y * scale;
277             context.beginPath();
278             context.arc(xS, yS, r * scale, 0, 2 * Math.PI, false);
279             context.closePath();
280             context.fill();
281         }
282     }
283 
284     // Запуск системы
285     this.newSystem();
286     setInterval(control, 1000 / fps);
287     // след. функция обновляет информацию о количестве частиц на поле
288     setInterval(function(){document.getElementById('ballsNum').innerHTML = balls.length;}, 1000 / 20);
289 }