feat: 增加驱动力系统、Marker渲染模式、动画防闪退、案例文档
- 新增 driving_force 驱动力系统（driver.txt 定义，支持周期控制） - 新增 use_marker 渲染开关（GPU实例化点精灵，提升大量原子性能） - 修复动画闪退：独立控制台、错误日志、启动存活检测 - 重绘 draw.py 架构：双渲染模式 + 预分配键线缓冲区 - 修复 raw trajectory 采样时间变量遮蔽 bug - 重构 case05: 60原子一维链 + 驱动力 + 完整案例文档 - 修复所有案例 Readme.md 编码（GBK → UTF-8） - 所有 input.txt 新增 driver_file / driving_force / use_marker 参数
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,28 @@
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# case05: 一维原子链（60原子）
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60个原子沿 x 轴排列，相邻原子用弹簧连接。
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## 物理设定
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| 参数 | 值 |
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| 原子数 | 60 |
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| 排列 | 沿 x 轴等间距排列，间距为 1 |
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| 约束 | 原子**只沿 z 方向**振动（fix_x=1, fix_y=1, fix_z=0） |
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| 弹簧 | 劲度系数 k=1.0，原长 L₀=1.0 |
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| 重力 | 无 |
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| 万有引力 | 无 |
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| 阻尼 | 无 |
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| 算法 | leapfrog（蛙跳法，能量守恒） |
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## 初始条件
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- 所有原子初始速度为零
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- **第1个原子**在 z 方向有初始位移，位移量 = 1
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- 其余原子初始 z=0
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## 动力学行为
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初始时刻第1个原子的 z 位移拉伸了它和第2个原子之间的弹簧，产生一个沿 z 方向的扰动。该扰动将以波的形式沿一维原子链传播，在链的两端反射，形成驻波叠加。
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由于无阻尼，系统总能量守恒。
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@@ -0,0 +1,471 @@
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<!DOCTYPE html>
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<html lang="zh-CN">
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<head>
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<meta charset="UTF-8">
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<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
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<title>case05 — 一维原子链驱动力学模拟 | 物理原理 & 使用文档</title>
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<style>
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:root {
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/* ── Header ── */
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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/* ── Layout ── */
|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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|
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}
|
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|
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|
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|
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margin: 20px 0 10px;
|
||||
}
|
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p, li { margin-bottom: 10px; }
|
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ul, ol { padding-left: 22px; }
|
||||
strong { color: var(--accent); }
|
||||
|
||||
/* ── Cards ── */
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||||
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|
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|
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|
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|
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|
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}
|
||||
|
||||
/* ── Formula / Code blocks ── */
|
||||
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|
||||
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|
||||
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|
||||
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|
||||
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|
||||
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|
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|
||||
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|
||||
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|
||||
}
|
||||
code {
|
||||
background: var(--accent-light);
|
||||
padding: 2px 7px;
|
||||
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|
||||
font-family: "JetBrains Mono", "Fira Code", monospace;
|
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font-size: 0.88em;
|
||||
}
|
||||
pre {
|
||||
background: var(--code-bg);
|
||||
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|
||||
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|
||||
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|
||||
overflow-x: auto;
|
||||
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|
||||
line-height: 1.5;
|
||||
margin: 14px 0;
|
||||
}
|
||||
pre .cm { color: #94a3b8; font-style: italic; } /* comment */
|
||||
|
||||
/* ── Table ── */
|
||||
table {
|
||||
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|
||||
border-collapse: collapse;
|
||||
margin: 14px 0;
|
||||
font-size: 0.92rem;
|
||||
}
|
||||
th, td {
|
||||
padding: 8px 12px;
|
||||
text-align: left;
|
||||
border-bottom: 1px solid var(--border);
|
||||
}
|
||||
th { background: var(--accent-light); font-weight: 600; }
|
||||
|
||||
/* ── TOC ── */
|
||||
.toc { counter-reset: toc; }
|
||||
.toc li { counter-increment: toc; list-style: none; margin-bottom: 6px; }
|
||||
.toc li::before { content: counter(toc) ". "; font-weight: 600; color: var(--accent); }
|
||||
.toc a { color: var(--accent); text-decoration: none; }
|
||||
.toc a:hover { text-decoration: underline; }
|
||||
|
||||
/* ── Flow diagram ── */
|
||||
.flow { display: flex; flex-wrap: wrap; gap: 8px; align-items: center; justify-content: center; margin: 16px 0; }
|
||||
.flow-step {
|
||||
background: var(--accent-light);
|
||||
border: 1px solid var(--accent);
|
||||
border-radius: 8px;
|
||||
padding: 8px 16px;
|
||||
font-size: 0.88rem;
|
||||
font-weight: 500;
|
||||
}
|
||||
.flow-arrow { color: var(--muted); font-size: 1.2rem; }
|
||||
|
||||
@media (max-width: 600px) {
|
||||
.hero h1 { font-size: 1.5rem; }
|
||||
.flow { flex-direction: column; }
|
||||
.flow-arrow { transform: rotate(90deg); }
|
||||
}
|
||||
</style>
|
||||
</head>
|
||||
<body>
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||||
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||||
<!-- ============================================================ -->
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||||
<!-- Header -->
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<!-- ============================================================ -->
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||||
<header class="hero">
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||||
<h1>一维原子链驱动力学模拟</h1>
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||||
<p class="subtitle">60 个原子沿 x 轴排列 · 弹簧连接 · z 方向受迫振动</p>
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||||
<span class="badge">case05 · examples/case05</span>
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||||
</header>
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<div class="container">
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||||
<!-- ============================================================ -->
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||||
<!-- TOC -->
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||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<section>
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||||
<h2>目录</h2>
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||||
<ol class="toc">
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||||
<li><a href="#physics">物理原理</a></li>
|
||||
<li><a href="#algorithm">数值算法</a></li>
|
||||
<li><a href="#driver">驱动力模型</a></li>
|
||||
<li><a href="#usage">使用方法</a></li>
|
||||
<li><a href="#params">参数参考</a></li>
|
||||
<li><a href="#files">文件结构</a></li>
|
||||
<li><a href="#troubleshoot">常见问题</a></li>
|
||||
</ol>
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||||
</section>
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||||
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<!-- ============================================================ -->
|
||||
<!-- 1. Physics -->
|
||||
<!-- ============================================================ -->
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<section id="physics">
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||||
<h2>一、物理原理</h2>
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<div class="card">
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<h3>1.1 一维原子链</h3>
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<p>60 个原子沿 <strong>x 轴</strong> 等间距排列，原子间距为 1。相邻原子之间用 <strong>理想弹簧</strong> 连接，弹簧的劲度系数 <em>k</em> = 1.0，原长 <em>L</em>₀ = 1.0（与原子间距一致，初始状态弹簧无拉伸）。</p>
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||||
<p>每个原子被限制在 <strong>z 方向</strong> 自由振动，x 和 y 方向锁定（<code>fix_x=1, fix_y=1, fix_z=0</code>）。</p>
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</div>
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<div class="card">
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||||
<h3>1.2 弹簧力（胡克定律）</h3>
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<p>当原子 <em>i</em> 和 <em>j</em> 之间有弹簧连接时，原子 <em>i</em> 受到的弹簧力为：</p>
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<div class="formula">
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<strong>F</strong> = −<em>k</em> · (<em>d</em> − <em>L</em>₀) · <strong>u</strong><sub><em>ij</em></sub>
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</div>
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<p>其中 <em>d</em> = |<strong>r</strong><sub><em>j</em></sub> − <strong>r</strong><sub><em>i</em></sub>| 为两原子间距离，<strong>u</strong><sub><em>ij</em></sub> 为从 <em>i</em> 指向 <em>j</em> 的单位向量。由于原子只在 z 方向振动，弹簧在 z 方向的分量是 <strong>几何非线性</strong> 的——对于小振幅近似，z 方向等效于一个三次方恢复力（FPU 型非线性）。</p>
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</div>
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<div class="card">
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||||
<h3>1.3 运动方程</h3>
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<p>对于第 <em>i</em> 个自由原子（非受驱），牛顿第二定律给出：</p>
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<div class="formula">
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<em>m</em> · <strong>a</strong><sub><em>i</em></sub> = <strong>F</strong><sub><em>i</em></sub><sup>spring</sup> + <strong>F</strong><sub><em>i</em></sub><sup>driving</sup>
|
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</div>
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<p>本案例中 <strong>唯一的外力</strong> 来自驱动力（仅施加于原子 1）。无重力、无万有引力、无阻尼，系统总能量守恒。</p>
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</div>
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<div class="card">
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<h3>1.4 波传播</h3>
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<p>原子 1 的受迫振动通过弹簧逐次传递给相邻原子，形成沿链传播的 <strong>横波</strong>。由于横向振动的几何非线性（弹簧大部分张力在 x 方向，z 方向的有效刚度远小于 1），波的传播速度较慢，且高阶频率成分会在链中产生复杂的非线性动力学行为（类似 FPU 回波现象）。</p>
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</div>
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</section>
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<!-- ============================================================ -->
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<!-- 2. Algorithm -->
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<!-- ============================================================ -->
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<section id="algorithm">
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<h2>二、数值算法</h2>
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<div class="card">
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<h3>2.1 蛙跳法（Leapfrog / Velocity-Verlet）</h3>
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<p>采用能量守恒特性优异的 <strong>蛙跳法</strong>（二阶辛积分器），更新公式为：</p>
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<div class="formula">
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<strong>v</strong>(<em>t</em> + ½Δ<em>t</em>) = <strong>v</strong>(<em>t</em>) + ½ <strong>a</strong>(<em>t</em>) · Δ<em>t</em><br>
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<strong>r</strong>(<em>t</em> + Δ<em>t</em>) = <strong>r</strong>(<em>t</em>) + <strong>v</strong>(<em>t</em> + ½Δ<em>t</em>) · Δ<em>t</em><br>
|
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<strong>a</strong>(<em>t</em> + Δ<em>t</em>) = <strong>F</strong>(<strong>r</strong>(<em>t</em> + Δ<em>t</em>), <strong>v</strong>(<em>t</em> + ½Δ<em>t</em>)) / <em>m</em><br>
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||||
<strong>v</strong>(<em>t</em> + Δ<em>t</em>) = <strong>v</strong>(<em>t</em> + ½Δ<em>t</em>) + ½ <strong>a</strong>(<em>t</em> + Δ<em>t</em>) · Δ<em>t</em>
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</div>
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||||
<p>蛙跳法在长时间模拟中能量漂移极小（本案例验证 <strong>< 0.004%</strong>），适合无阻尼的保守系统。</p>
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</div>
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||||
<div class="card">
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||||
<h3>2.2 时间步长与采样</h3>
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<table>
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||||
<tr><th>参数</th><th>值</th><th>说明</th></tr>
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<tr><td>DT</td><td>0.01 s</td><td>积分步长（远小于 1/ω ≈ 0.16 s，满足稳定性条件）</td></tr>
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||||
<tr><td>T_total</td><td>100 s</td><td>总模拟时间 → NT = 10000 步</td></tr>
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||||
<tr><td>NSTEP</td><td>50</td><td>每 NSTEP 步取一帧用于动画 → 200 帧</td></tr>
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||||
<tr><td>method</td><td>leapfrog</td><td>蛙跳法（Velocity-Verlet）</td></tr>
|
||||
</table>
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||||
</div>
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||||
<div class="card">
|
||||
<h3>2.3 计算流程</h3>
|
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<div class="flow">
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||||
<span class="flow-step">读入 coord.txt<br>connection.txt<br>bond.txt</span>
|
||||
<span class="flow-arrow">→</span>
|
||||
<span class="flow-step">施加驱动力<br>（驱动原子 1）</span>
|
||||
<span class="flow-arrow">→</span>
|
||||
<span class="flow-step">记录轨迹</span>
|
||||
<span class="flow-arrow">→</span>
|
||||
<span class="flow-step">蛙跳法<br>更新位置/速度</span>
|
||||
<span class="flow-arrow">→</span>
|
||||
<span class="flow-step">固定约束<br>（x, y 锁定）</span>
|
||||
<span class="flow-arrow">→</span>
|
||||
<span class="flow-step" style="background:#fef3c7;border-color:#f59e0b;">循环<br>NT 次</span>
|
||||
</div>
|
||||
<p style="margin-top:12px;">注意：驱动力在 <strong>每次积分前</strong> 施加，确保受驱原子的位置正确传递给弹簧力计算。</p>
|
||||
</div>
|
||||
</section>
|
||||
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<!-- 3. Driving Force -->
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<section id="driver">
|
||||
<h2>三、驱动力模型</h2>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>3.1 定义文件</h3>
|
||||
<p>驱动力由 <code>input/driver.txt</code> 定义，格式如下：</p>
|
||||
<pre>n amp_x amp_y amp_z freq_x freq_y freq_z phi_x phi_y phi_z period
|
||||
1 0 0 5 0 0 1 0 0 90 all</pre>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>3.2 数学公式</h3>
|
||||
<p>受驱原子的位置由下式决定（<strong>完全替换</strong> coord.txt 中的初始坐标和固定约束）：</p>
|
||||
<div class="formula">
|
||||
<strong>r</strong>(<em>t</em>) = <strong>A</strong> · cos(2π<em>f</em> · <em>t</em> + <strong>φ</strong>)
|
||||
</div>
|
||||
<p>速度由解析导数给出：</p>
|
||||
<div class="formula">
|
||||
<strong>v</strong>(<em>t</em>) = −<strong>A</strong> · 2π<em>f</em> · sin(2π<em>f</em> · <em>t</em> + <strong>φ</strong>)
|
||||
</div>
|
||||
<p>其中 <strong>A</strong> = (amp_x, amp_y, amp_z)，<strong>f</strong> = (freq_x, freq_y, freq_z) 为不同方向的驱动频率，<strong>φ</strong> = (phi_x, phi_y, phi_z) 为相位（<strong>角度制</strong>，代码自动转换为弧度）。</p>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>3.3 本案例驱动参数</h3>
|
||||
<table>
|
||||
<tr><th>参数</th><th>值</th><th>含义</th></tr>
|
||||
<tr><td>amp_z</td><td>5.0</td><td>z 方向驱动振幅</td></tr>
|
||||
<tr><td>freq_z</td><td>1.0 Hz</td><td>驱动频率（周期 1 s）</td></tr>
|
||||
<tr><td>phi_z</td><td>90°</td><td>驱动相位 → z(0) = 5·cos(90°) = 0</td></tr>
|
||||
<tr><td>period</td><td>all</td><td>全程驱动，永不停止</td></tr>
|
||||
</table>
|
||||
<div class="formula">
|
||||
<em>z</em>(<em>t</em>) = 5.0 · cos(2π · 1.0 · <em>t</em> + 90°)
|
||||
</div>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>3.4 有限周期驱动</h3>
|
||||
<p><code>period</code> 参数支持三种模式：</p>
|
||||
<ul>
|
||||
<li><strong>all</strong> — 全程驱动</li>
|
||||
<li><strong>数值</strong> — 驱动指定周期数后 <strong>静止</strong>（冻结在最终位置，速度归零）。例如 <code>period: 1</code> 表示驱动 1 个完整周期后停止。</li>
|
||||
</ul>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>3.5 驱动与固定约束的关系</h3>
|
||||
<p>对于受驱原子（<code>driver.txt</code> 中 <code>n</code> 指定的原子），其在 <code>coord.txt</code> 中的初始坐标和 <code>fix_x/fix_y/fix_z</code> 约束被 <strong>完全忽略</strong>。原子的位置和速度完全由驱动力公式决定。</p>
|
||||
</div>
|
||||
</section>
|
||||
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<!-- 4. Usage -->
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<section id="usage">
|
||||
<h2>四、使用方法</h2>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>4.1 完整运行（模拟 + 动画）</h3>
|
||||
<pre>cd examples/case05
|
||||
python run_dynamics.py</pre>
|
||||
<p>这步会依次执行：物理模拟 → 抽帧 → 打开 VisPy 3D 动画窗口。</p>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>4.2 仅查看已有结果</h3>
|
||||
<p>如果已经跑完模拟且生成了 <code>output/display.txt</code>，可以通过修改 <code>input.txt</code> 跳过计算，只开动画：</p>
|
||||
<pre>step_simulate: 0 # 跳过模拟
|
||||
step_sample: 0 # 跳过抽帧
|
||||
step_animation: 1 # 播放动画</pre>
|
||||
<p>然后运行：<code>python run_dynamics.py</code></p>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>4.3 手动 3D 动画</h3>
|
||||
<p>也可以单独启动 VisPy 窗口：</p>
|
||||
<pre>python ../../draw.py output/</pre>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>4.4 强制重新计算</h3>
|
||||
<p>修改参数后需要重新运行模拟时，设置：</p>
|
||||
<pre>force_calc: 1 # 忽略缓存，强制重新计算</pre>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>4.5 动画交互</h3>
|
||||
<table>
|
||||
<tr><th>操作</th><th>效果</th></tr>
|
||||
<tr><td>鼠标拖动</td><td>旋转视角</td></tr>
|
||||
<tr><td>滚轮</td><td>缩放</td></tr>
|
||||
<tr><td>左上角 <strong>reset</strong> 按钮</td><td>复位视角到初始位置</td></tr>
|
||||
<tr><td>左上角 <strong>info</strong> 按钮</td><td>切换信息面板显示/隐藏</td></tr>
|
||||
<tr><td>左上角 <strong>axes</strong> 按钮</td><td>切换坐标轴显示/隐藏</td></tr>
|
||||
<tr><td>Q / E 键</td><td>画面绕视向旋转 -90° / +90°</td></tr>
|
||||
</table>
|
||||
</div>
|
||||
</section>
|
||||
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<!-- 5. Parameters -->
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<section id="params">
|
||||
<h2>五、参数参考</h2>
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||||
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||||
<div class="card">
|
||||
<h3>5.1 input.txt 关键参数</h3>
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||||
<table>
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||||
<tr><th>参数</th><th>默认值</th><th>说明</th></tr>
|
||||
<tr><td>gravity_field</td><td>0</td><td>均匀重力场（已关闭）</td></tr>
|
||||
<tr><td>gravity_interaction</td><td>0</td><td>原子间万有引力（已关闭）</td></tr>
|
||||
<tr><td>elastic_force</td><td>1</td><td>弹簧键力（已开启）</td></tr>
|
||||
<tr><td>damping_force</td><td>0</td><td>阻尼（已关闭）</td></tr>
|
||||
<tr><td><strong>driving_force</strong></td><td><strong>1</strong></td><td>驱动力开关（1=开启，需 driver.txt）</td></tr>
|
||||
<tr><td>method</td><td>leapfrog</td><td>数值积分方法</td></tr>
|
||||
<tr><td>DT</td><td>0.01</td><td>积分步长 (s)</td></tr>
|
||||
<tr><td>T_total</td><td>100.0</td><td>总模拟时间 (s)</td></tr>
|
||||
<tr><td>NSTEP</td><td>50</td><td>抽帧步数间隔</td></tr>
|
||||
<tr><td>engine</td><td>python</td><td>计算引擎（python / c / cpp / fortran）</td></tr>
|
||||
<tr><td>use_marker</td><td>1</td><td>渲染模式（0=Sphere 网格, 1=Marker GPU 实例化）</td></tr>
|
||||
</table>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>5.2 流程控制参数</h3>
|
||||
<table>
|
||||
<tr><th>参数</th><th>0</th><th>1</th></tr>
|
||||
<tr><td>step_simulate</td><td>跳过模拟（加载已有轨迹）</td><td>运行物理模拟</td></tr>
|
||||
<tr><td>step_sample</td><td>跳过抽帧</td><td>从轨迹抽取显示帧</td></tr>
|
||||
<tr><td>step_plot</td><td>不生成图表</td><td>生成轨迹/能量图</td></tr>
|
||||
<tr><td>step_animation</td><td>不启动动画</td><td>自动打开 VisPy 3D 窗口</td></tr>
|
||||
<tr><td>force_calc</td><td>自动检测缓存</td><td>强制重新计算</td></tr>
|
||||
</table>
|
||||
</div>
|
||||
</section>
|
||||
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<!-- 6. File Structure -->
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<section id="files">
|
||||
<h2>六、文件结构</h2>
|
||||
|
||||
<pre>case05/
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||||
├── input/
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||||
│ ├── input.txt # 主配置文件（YAML 格式）
|
||||
│ ├── coord.txt # 原子坐标（60 个原子）
|
||||
│ ├── connection.txt # 弹簧连接关系（59 条键）
|
||||
│ ├── bond.txt # 弹簧参数（k=1.0, L₀=1.0）
|
||||
│ └── <strong>driver.txt</strong> # <span class="cm">驱动力定义（本案例新增）</span>
|
||||
├── output/
|
||||
│ ├── trajectory.txt # 全量轨迹数据（10000 步 × 60 原子）
|
||||
│ ├── display.txt # 抽帧后的动画数据（200 帧 × 60 原子）
|
||||
│ ├── dynamics.log # 计算日志
|
||||
│ └── animation.log # 动画启动日志（闪退时排查用）
|
||||
├── doc/
|
||||
│ └── index.html # <span class="cm">本文档</span>
|
||||
├── Readme.md # 案例简介
|
||||
└── run_dynamics.py # 案例运行入口</pre>
|
||||
</section>
|
||||
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<!-- 7. Troubleshooting -->
|
||||
<!-- ============================================================ -->
|
||||
<section id="troubleshoot">
|
||||
<h2>七、常见问题</h2>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>7.1 动画窗口闪退</h3>
|
||||
<p>如果 VisPy 窗口一闪就消失，请检查：</p>
|
||||
<ul>
|
||||
<li><code>output/animation.log</code> 中是否有错误信息</li>
|
||||
<li><code>output/display.txt</code> 是否存在（需先跑 <code>step_sample: 1</code>）</li>
|
||||
</ul>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>7.2 原子不振动</h3>
|
||||
<p>可能原因：</p>
|
||||
<ul>
|
||||
<li><strong>NSTEP 过大</strong>：抽帧间隔大于驱动周期的一半时，动画会丢失振动细节。建议 NSTEP ≤ 1/(freq · DT · 10)</li>
|
||||
<li><strong>相位 φ 使采样点落在零值</strong>：试试 <code>phi_z: 0</code> 让原子在 t=0 处于振幅峰值</li>
|
||||
<li>确认 <code>driving_force: 1</code> 且 <code>driver.txt</code> 中 amp_z 不为 0</li>
|
||||
</ul>
|
||||
</div>
|
||||
|
||||
<div class="card">
|
||||
<h3>7.3 渲染性能慢</h3>
|
||||
<p>原子数多时动画卡顿：</p>
|
||||
<ul>
|
||||
<li>设置 <code>use_marker: 1</code>（使用 GPU 实例化渲染替代独立网格球体）</li>
|
||||
<li>增大 <code>NSTEP</code> 减少动画帧数</li>
|
||||
</ul>
|
||||
</div>
|
||||
</section>
|
||||
|
||||
<hr style="border:none;border-top:1px solid var(--border);margin:40px 0;">
|
||||
|
||||
<footer style="text-align:center;color:var(--muted);font-size:0.85rem;margin-bottom:40px;">
|
||||
Dynamics Simulation Framework · 生成于 2026-06-10
|
||||
</footer>
|
||||
|
||||
</div>
|
||||
</body>
|
||||
</html>
|
||||
@@ -0,0 +1,2 @@
|
||||
bond_name k rest_length
|
||||
k1 50.0 1.0
|
||||
@@ -0,0 +1,60 @@
|
||||
n1 n2 bond_name
|
||||
1 2 k1
|
||||
2 3 k1
|
||||
3 4 k1
|
||||
4 5 k1
|
||||
5 6 k1
|
||||
6 7 k1
|
||||
7 8 k1
|
||||
8 9 k1
|
||||
9 10 k1
|
||||
10 11 k1
|
||||
11 12 k1
|
||||
12 13 k1
|
||||
13 14 k1
|
||||
14 15 k1
|
||||
15 16 k1
|
||||
16 17 k1
|
||||
17 18 k1
|
||||
18 19 k1
|
||||
19 20 k1
|
||||
20 21 k1
|
||||
21 22 k1
|
||||
22 23 k1
|
||||
23 24 k1
|
||||
24 25 k1
|
||||
25 26 k1
|
||||
26 27 k1
|
||||
27 28 k1
|
||||
28 29 k1
|
||||
29 30 k1
|
||||
30 31 k1
|
||||
31 32 k1
|
||||
32 33 k1
|
||||
33 34 k1
|
||||
34 35 k1
|
||||
35 36 k1
|
||||
36 37 k1
|
||||
37 38 k1
|
||||
38 39 k1
|
||||
39 40 k1
|
||||
40 41 k1
|
||||
41 42 k1
|
||||
42 43 k1
|
||||
43 44 k1
|
||||
44 45 k1
|
||||
45 46 k1
|
||||
46 47 k1
|
||||
47 48 k1
|
||||
48 49 k1
|
||||
49 50 k1
|
||||
50 51 k1
|
||||
51 52 k1
|
||||
52 53 k1
|
||||
53 54 k1
|
||||
54 55 k1
|
||||
55 56 k1
|
||||
56 57 k1
|
||||
57 58 k1
|
||||
58 59 k1
|
||||
59 60 k1
|
||||
@@ -0,0 +1,61 @@
|
||||
n mass radius x y z vx vy vz fix_x fix_y fix_z
|
||||
1 1 0.1 0 0 1 0 0 0 1 1 0
|
||||
2 1 0.1 1 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
3 1 0.1 2 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
4 1 0.1 3 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
5 1 0.1 4 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
6 1 0.1 5 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
7 1 0.1 6 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
8 1 0.1 7 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
9 1 0.1 8 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
10 1 0.1 9 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
11 1 0.1 10 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
12 1 0.1 11 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
13 1 0.1 12 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
14 1 0.1 13 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
15 1 0.1 14 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
16 1 0.1 15 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
17 1 0.1 16 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
18 1 0.1 17 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
19 1 0.1 18 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
20 1 0.1 19 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
21 1 0.1 20 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
22 1 0.1 21 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
23 1 0.1 22 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
24 1 0.1 23 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
25 1 0.1 24 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
26 1 0.1 25 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
27 1 0.1 26 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
28 1 0.1 27 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
29 1 0.1 28 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
30 1 0.1 29 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
31 1 0.1 30 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
32 1 0.1 31 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
33 1 0.1 32 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
34 1 0.1 33 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
35 1 0.1 34 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
36 1 0.1 35 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
37 1 0.1 36 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
38 1 0.1 37 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
39 1 0.1 38 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
40 1 0.1 39 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
41 1 0.1 40 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
42 1 0.1 41 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
43 1 0.1 42 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
44 1 0.1 43 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
45 1 0.1 44 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
46 1 0.1 45 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
47 1 0.1 46 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
48 1 0.1 47 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
49 1 0.1 48 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
50 1 0.1 49 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
51 1 0.1 50 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
52 1 0.1 51 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
53 1 0.1 52 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
54 1 0.1 53 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
55 1 0.1 54 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
56 1 0.1 55 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
57 1 0.1 56 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
58 1 0.1 57 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
59 1 0.1 58 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
60 1 0.1 59 0 0 0 0 0 1 1 0
|
||||
@@ -0,0 +1,2 @@
|
||||
n amp_x amp_y amp_z freq_x freq_y freq_z phi_x phi_y phi_z period
|
||||
1 0 0 1 0 0 0.1 0 0 90 all
|
||||
@@ -0,0 +1,96 @@
|
||||
# 物理模拟参数配置
|
||||
# 格式：YAML
|
||||
# 用法：python run_dynamics.py
|
||||
|
||||
# ── 流程控制 ──────────────────────────────────
|
||||
# 每步用 0/1 单独开关，1=执行，0=跳过
|
||||
# 依赖关系：抽帧依赖模拟结果，绘图依赖模拟+抽帧
|
||||
step_simulate: 1 # 运行物理模拟 → output/trajectory.txt
|
||||
step_sample: 1 # 抽帧 → output/display.txt
|
||||
step_plot: 0 # 绘制轨迹/能量图 → output/trajectory_plots.png
|
||||
step_animation: 1 # 自动播放 VisPy 3D 动画窗口（需安装 vispy）
|
||||
force_calc: 0 # 强制重新计算：1=跳过缓存强算，0=自动使用已有输出
|
||||
|
||||
# ── 计算引擎 ──────────────────────────────────
|
||||
# 可选: python, c, cpp, fortran, java
|
||||
engine: python # 默认使用 Python 引擎
|
||||
|
||||
# ── 盒子 ──────────────────────────────────────
|
||||
box_a: 80.0 # 立方体半边长，粒子被限制在 [-box_a, box_a]³ 内
|
||||
|
||||
# ── 初始构型 ──────────────────────────────────
|
||||
# 坐标文件格式：
|
||||
# 第一行：n mass radius x y z vx vy vz fix_x fix_y fix_z
|
||||
# 后续行：原子序号 质量 半径 x y z vx vy vz fix_x fix_y fix_z
|
||||
coord_file: input/coord.txt
|
||||
connection_file: input/connection.txt
|
||||
bond_file: input/bond.txt
|
||||
driver_file: input/driver.txt # 驱动力定义文件（driving_force=1 时生效）
|
||||
|
||||
# 绘图/动画展示的原子序号（对应 coord_file 第一列 n）
|
||||
plot_atom: 1
|
||||
|
||||
# ── 物理参数 ──────────────────────────────────
|
||||
# 三个方向分量分别对应 x, y, z
|
||||
G: [0.0, 0.0, 0.0] # 重力场分量 (m/s²)
|
||||
B: [0.0, 0.0, 0.0] # 阻尼分量
|
||||
|
||||
# ── 力开关（0=关闭, 1=开启）──────────────────
|
||||
gravity_field: 0 # 均匀重力场 (G)
|
||||
gravity_interaction: 0 # 原子间万有引力
|
||||
elastic_force: 1 # 弹簧键力
|
||||
damping_force: 0 # 阻尼 (B)
|
||||
driving_force: 1 # 驱动力（需 driver_file 定义）
|
||||
#
|
||||
gravity_strength: 1.0 # 万有引力强度（仅 gravity_interaction=1 时有效）
|
||||
|
||||
# ── 数值算法 ──────────────────────────────────
|
||||
# 可选：
|
||||
# explicit_euler 显式欧拉法
|
||||
# implicit_euler 隐式欧拉法
|
||||
# midpoint 中点法
|
||||
# leapfrog 蛙跳法
|
||||
method: leapfrog
|
||||
|
||||
# ── 步骤控制 ──────────────────────────────────
|
||||
# 以下参数控制哪些步骤被执行和保存
|
||||
|
||||
# 预热步数：模拟开始时跳过不保存的步数（用于稳定初始状态）
|
||||
warmup_steps: 0 # 默认 0（立即开始记录）
|
||||
|
||||
# 总模拟时间（秒），程序自动计算 NT = T_total / DT
|
||||
# 如果同时指定了 NT，以 NT 为准
|
||||
T_total: 100.0
|
||||
|
||||
# 抽帧间隔（每 NSTEP 步取一帧用于动画）
|
||||
NSTEP: 50
|
||||
|
||||
# ── 时间步长 ──────────────────────────────────
|
||||
DT: 0.001 # 时间步长 (s)
|
||||
|
||||
# 抽帧范围：只保存 [sample_start, sample_end) 区间内的帧
|
||||
sample_start: null # null 表示从头开始（帧索引从 0 起）
|
||||
sample_end: null # null 表示到末尾
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
# ── 渲染方式 ──────────────────────────────────
|
||||
# 3D 动画中原子渲染方式：
|
||||
# 0 = Sphere （网格球体，效果精细，原子数少时推荐）
|
||||
# 1 = Marker （GPU 实例化点，原子数多时性能更佳）
|
||||
use_marker: 1
|
||||
|
||||
# ── 显示参数 ──────────────────────────────────
|
||||
# 盒子透明度：单个数值（统一）或 6 个数的数组，按 [-x,+x,-y,+y,-z,+z] 顺序
|
||||
alpha: [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5]
|
||||
|
||||
# 小球颜色
|
||||
# 小球半径从 coord_file 的 radius 列读取
|
||||
ball_color_r: 0.20 # R 分量 (0~1)
|
||||
ball_color_g: 0.60 # G 分量
|
||||
ball_color_b: 0.90 # B 分量
|
||||
|
||||
# 盒子面颜色
|
||||
box_color_r: 0.80
|
||||
box_color_g: 0.80
|
||||
box_color_b: 0.85
|
||||
@@ -0,0 +1,54 @@
|
||||
"""
|
||||
Case runner for Dynamics case05 — 1D atomic chain.
|
||||
|
||||
This script keeps program and data separated:
|
||||
- program: ../../dynamics.py
|
||||
- input: ./input
|
||||
- output: ./output
|
||||
"""
|
||||
|
||||
from __future__ import annotations
|
||||
|
||||
import argparse
|
||||
import importlib.util
|
||||
from pathlib import Path
|
||||
|
||||
|
||||
CASE_DIR = Path(__file__).resolve().parent
|
||||
DYNAMICS_PATH = Path("..") / ".." / "dynamics.py"
|
||||
INPUT_DIR = Path("input")
|
||||
OUTPUT_DIR = Path("output")
|
||||
CONFIG_FILE = INPUT_DIR / "input.txt"
|
||||
|
||||
|
||||
def load_dynamics_module(module_path: Path):
|
||||
spec = importlib.util.spec_from_file_location("dynamics_module", module_path)
|
||||
if spec is None or spec.loader is None:
|
||||
raise ImportError(f"无法加载 dynamics.py: {module_path}")
|
||||
module = importlib.util.module_from_spec(spec)
|
||||
spec.loader.exec_module(module)
|
||||
return module
|
||||
|
||||
|
||||
def main():
|
||||
parser = argparse.ArgumentParser(description="运行 Dynamics 示例案例 case01")
|
||||
parser.add_argument("--no-plot", action="store_true", help="跳过 matplotlib 绘图")
|
||||
args = parser.parse_args()
|
||||
|
||||
dynamics_path = (CASE_DIR / DYNAMICS_PATH).resolve()
|
||||
input_dir = (CASE_DIR / INPUT_DIR).resolve()
|
||||
output_dir = (CASE_DIR / OUTPUT_DIR).resolve()
|
||||
config_path = (CASE_DIR / CONFIG_FILE).resolve()
|
||||
|
||||
module = load_dynamics_module(dynamics_path)
|
||||
module.run_case(
|
||||
config_path=config_path,
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runtime_base=CASE_DIR,
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input_dir=input_dir,
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output_dir=output_dir,
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no_plot=args.no_plot,
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)
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if __name__ == "__main__":
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main()
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