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# Dynamics 示例案例
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本目录包含 6 个从简单到复杂的物理模拟案例，均基于 `../dynamics.py` 框架运行。
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## 案例一览
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| 案例 | 标题 | 简介 | 原子数 | 力类型 |
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| [case01](./case01/) | **双粒子弹簧系统** | 两个原子由弹簧连接，在重力场中运动 | 2 | 重力 + 弹簧 |
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| [case02](./case02/) | **行星运动** | 地球绕太阳椭圆公转（万有引力） | 2 | 万有引力 |
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| [case03](./case03/) | **日地月系统（失败）** | 地球绕太阳、月球绕地球，参数不当导致失稳 | 3 | 万有引力 |
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| [case04](./case04/) | **日地月系统（成功）** | 地球绕太阳、月球绕地球，稳定轨道 | 3 | 万有引力 |
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| [case05](./case05/) | **一维原子链纵波** | 驱动原子 1 沿 x 轴振动，产生纵波传播 | 60 | 弹簧 + 驱动力 |
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| [case06](./case06/) | **一维原子链横波** | 驱动原子 1 沿 z 轴振动，产生横波传播 | 120 | 弹簧 + 驱动力 |
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## 各案例详细说明
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### case01 — 双粒子弹簧系统
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两个原子通过弹簧连接，在均匀重力场中自由运动。原子 1 位于 x=-1，原子 2 位于 x=1（初始 z=1），展示了在重力作用下的耦合振动与落体运动的复合。
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- **力开关**：重力场开，弹簧键力开
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- **算法**：leapfrog（蛙跳法）
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- **物理**：重力 m·g + 弹簧胡克力
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### case02 — 行星运动
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模拟地球绕太阳的椭圆轨道运动（一个固定大质量中心体 + 一个绕行小质量体）。采用万有引力相互作用。
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- **力开关**：万有引力开（含强度参数）
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- **算法**：leapfrog（蛙跳法）
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- **物理**：牛顿万有引力 F = G·m₁·m₂/r²
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### case03 — 日地月系统（失败案例）
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三体系统：太阳（中心）、地球、月球。由于初始条件或参数设置不当，轨道不稳定，展示了数值模拟中参数选择的重要性。
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- **力开关**：万有引力开
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- **算法**：leapfrog（蛙跳法）
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- **状态**：轨道发散或碰撞
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### case04 — 日地月系统（成功案例）
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与 case03 相同的三体系统，但采用了恰当的初始条件和参数，地球和月球都能维持稳定的轨道运动。
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- **力开关**：万有引力开
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- **算法**：leapfrog（蛙跳法）
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- **状态**：稳定椭圆轨道
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### case05 — 一维原子链纵波
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60 个原子沿 x 轴等间距排列（间距 1），相邻原子用弹簧（k=1.0, L₀=1.0）连接。原子 1 受 x 方向驱动力 `x(t)=0.5·cos(2π·t)`，产生沿链传播的**纵波**（压缩波/疏密波）。原子 x 方向自由（fix_x=0），y/z 锁定。
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- **力开关**：弹簧键力开，驱动力开
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- **算法**：leapfrog（蛙跳法）
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- **波速**：快（x 方向弹簧力为线性）
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- **渲染**：Marker 模式（GPU 实例化，60 原子）
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### case06 — 一维原子链横波
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120 个原子沿 x 轴等间距排列（间距 1），相邻原子用弹簧（k=1.0, L₀=1.0）连接。驱动力沿 z 方向 `z(t)=0.5·cos(2π·0.1·t+90°)`，原子 z 方向自由（fix_z=0），x/y 锁定。振动在横向传播，形成**横波**。
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- **力开关**：弹簧键力开，驱动力开
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- **算法**：leapfrog（蛙跳法）
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- **波速**：慢（z 方向弹簧力呈几何非线性，类似 FPU 系统）
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- **渲染**：Marker 模式（GPU 实例化，120 原子）
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## 通用使用方法
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```bash
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# 进入任意案例目录
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cd examples/case05
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# 完整运行（模拟 + 采样 + 3D 动画）
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python run_dynamics.py
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# 仅运行模拟，跳过 3D 动画
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python run_dynamics.py --no-plot
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# 手动查看 3D 动画
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python ../../draw.py output/
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```
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每个案例的 `input/input.txt` 中可配置所有物理参数、力开关、算法、渲染方式等。
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## 框架结构
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```
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dynamics/
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├── dynamics.py # 统一运行入口
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├── compute.py # Python 物理引擎
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├── draw.py # VisPy 3D 动画
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├── plot_wave.py # 波形能量图（需 matplotlib）
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├── engines/ # C / C++ / Fortran 引擎
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├── examples/ # 案例（本目录）
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│ ├── case01/
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│ ├── ...
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│ └── case06/
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└── output/ # 默认输出目录
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```
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