一、扩散现象的简单的介绍
在物理中有很多的随机过程,我们可以利用pygame中不错的可视化方法来进行物理随机过程的展示。
在此处,我们展示一下,物理之中的热学里面的扩算现象的可视化呈现。
所谓的热学里面的扩散现象就是说:原本分子或者原子在某一个封闭体系内部,但是,一旦打开这个封闭体系,那么分子或者原子就是会向外部进行扩散,而且,可以说根本不可能返回到最初的状态了。
第一个随机现象:
液体中的扩散:
第二个随机现象:
粒子的随机运动过程:
以上这个图片是最常见的液体内部的扩散的例子了。
当然,我们在此处所写的是小球的扩散代码了啦。
二、代码实现
此处给出代码以及代码的详细注释解说:
import pygame # 导入游戏库 import pygame.locals # 导入游戏库中的所有常量 import sys # 导入系统交互模式的库 import time # 导入时间的模块 import random # 导入随机模块 import math # 导入数学库模块 color_of_ball = 138, 43, 226 # 设置球的颜色 color_of_screen = 72, 209, 204 # 设置屏幕的颜色 color_of_rect = 25, 25, 112 # 设置矩形框框的颜色 RADIUS = 10 # 设置半径 N = 100 # 设置球的个数 if __name__ == '__main__': t1 = time.time() # 记录一下开始的时间 pygame.init() # 初始化 screen = pygame.display.set_mode((1000, 800)) # 屏幕 pygame.display.set_caption("Knocking Balls") # 设置名称 vx_list = [] vy_list = [] # 设置速度的列表来存储不同的球的速度,分别存储 x 方向以及 y 方向 for i in range(N): # 生成速度 vx_list.append(random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2)) vy_list.append(random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2)) x_list = [] y_list = [] # 存储坐标 for i in range(N): # 生成坐标 x_list.append(random.randint(400, 600)) y_list.append(random.randint(300, 500)) while True: for event in pygame.event.get(): # 设置结束的条件为:按下一个关闭的按钮 if event.type == pygame.locals.QUIT: sys.exit() screen.fill(color_of_screen) # 设置屏幕的颜色 for i in range(N): t2 = time.time() dt = t2 - t1 if dt > 10: # 如果大于了十秒,那么我们就去掉框框,使得小球可以随机的运动,从而会使得小球扩散出去 for j in range(N): if j != i: # 自己不能和自己进行碰撞 # 考虑到会发生碰撞 if math.sqrt((x_list[i] - x_list[j]) ** 2 + (y_list[i] - y_list[j]) ** 2) <= RADIUS * 2: # 如果会发生碰撞那么就重新随机的设置速度 vx_list[i] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) vx_list[j] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) vy_list[i] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) vy_list[j] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) # 不能从边界出去了呦 if x_list[i] <= RADIUS or x_list[i] >= 1000 - RADIUS: # 如果到了边界,那么就使得相应的方向上的速度反向 vx_list[i] = - vx_list[i] if y_list[i] <= RADIUS or y_list[i] >= 800 - RADIUS: # 如果到了边界,那么就使得相应的方向上的速度反向 vy_list[i] = - vy_list[i] else: # 在十秒以内的话,我们就使得框框呈现出来,小球不可以出框框 for j in range(N): if j != i: # 自己不能和自己进行碰撞 # 考虑到会发生碰撞 if math.sqrt((x_list[i] - x_list[j]) ** 2 + (y_list[i] - y_list[j]) ** 2) <= RADIUS * 2: # 如果会发生碰撞那么就重新随机的设置速度 vx_list[i] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) vx_list[j] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) vy_list[i] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) vy_list[j] = random.random() * 2 * (- 1) ** random.randint(1, 2) # 不能从边界出去了呦 if x_list[i] < RADIUS + 390 or x_list[i] > 610 - RADIUS: # 如果到了边界,那么就使得相应的方向上的速度反向 vx_list[i] = - vx_list[i] if y_list[i] < RADIUS + 290 or y_list[i] > 510 - RADIUS: # 如果到了边界,那么就使得相应的方向上的速度反向 vy_list[i] = - vy_list[i] # 绘制一个矩形来框住所有的球,这些球不能抛出框框到框框的外面去 pygame.draw.rect(screen, color_of_rect, (380, 280, 240, 240), width=3) # 进行移动小球的位置 x_list[i] += vx_list[i] y_list[i] += vy_list[i] # 绘制小球的位置以及大小颜色等信息 pygame.draw.circle(screen, color_of_ball, (x_list[i], y_list[i]), RADIUS, width=5) time.sleep(0.001) # 睡眠 0.001 秒钟的时间 pygame.display.update() # 更新画面
三、运行代码的效果展示
这里我的代码实现的是:小球在不断的运动,同时彼此之间会发生一些碰撞以及其他的一些相互作用,这是一个动态的效果,但是,由于目前这里不方便发一个视频,所以,我才用不同的阶段使用不同的图片来表示出来了啦。
图片1、
初始的状态:
图片2、
框框存在时的装态:
图片3、
去掉框框以后不久的装态:
图片4、
较长时间以后的状态:
四、总结
综上所述,我们使用Python代码实现了随机扩散现象的可视化处理,我们使用了Pygame这个模块使得扩散过程清晰的呈现了出来。
而且,我们也可以看到在去掉框框以后,小球都会向别的方向随机的扩散,最后的结果是小球几乎会均匀的分布在整个屏幕之上,而且不会回归到最开始的状态的,这是由于熵增原理导致的结果,系统会趋向于无序而不是有序,所以会几乎均匀的分布于屏幕之内。再制作网络游戏的国产中和物理也是息息相关的。
总之,感谢大家的阅读以及支持了啦。
谢谢大家提出建议或者意见,敬请期待各位大佬的指正。
后续还会继续推出Pygame的学习笔记,希望大家敬请期待。