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<title>Dynamics 示例案例总览</title>
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h1 small { font-size: 1rem; color: var(--text-dim); font-weight: 400; }
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}
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/* 案例总览表格 */
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|
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}
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.case-card {
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|
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}
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.case-card:hover {
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border-color: var(--accent);
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|
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}
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.case-card .num {
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display: inline-block;
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font-weight: 600;
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padding: 2px 8px;
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|
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margin-bottom: 8px;
|
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}
|
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.case-card h3 {
|
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font-size: 1.05rem;
|
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margin-bottom: 6px;
|
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|
||
}
|
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.case-card p {
|
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|
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|
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|
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}
|
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.case-card .meta {
|
||
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|
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|
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|
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}
|
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.tag {
|
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display: inline-block;
|
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|
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|
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|
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}
|
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.tag-python { background: #3572A533; color: #3572A5; }
|
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.tag-c { background: #55555533; color: #aaa; }
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.tag-fortran { background: #73422233; color: #e9954a; }
|
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.tag-gravity { background: #d2992233; color: var(--orange); }
|
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.tag-spring { background: #3fb95033; color: var(--green); }
|
||
.tag-drive { background: #58a6ff33; color: var(--accent); }
|
||
.tag-warning { background: #f8514933; color: var(--red); }
|
||
|
||
/* 详情区域 */
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||
.detail-card {
|
||
background: var(--surface);
|
||
border: 1px solid var(--border);
|
||
border-radius: 8px;
|
||
padding: 20px 24px;
|
||
margin-bottom: 16px;
|
||
}
|
||
.detail-card h3 {
|
||
font-size: 1.1rem;
|
||
margin-bottom: 8px;
|
||
color: #f0f6fc;
|
||
}
|
||
.detail-card h3 a { color: var(--accent); text-decoration: none; }
|
||
.detail-card h3 a:hover { text-decoration: underline; }
|
||
.detail-card p { color: var(--text-dim); margin-bottom: 8px; }
|
||
.detail-card ul {
|
||
list-style: none;
|
||
display: flex;
|
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flex-wrap: wrap;
|
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gap: 6px;
|
||
margin-bottom: 6px;
|
||
}
|
||
.detail-card li { font-size: 0.8rem; }
|
||
.detail-card .highlight {
|
||
background: #1f242e;
|
||
border-left: 3px solid var(--accent);
|
||
padding: 8px 12px;
|
||
margin-top: 8px;
|
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border-radius: 0 4px 4px 0;
|
||
font-size: 0.875rem;
|
||
color: var(--text);
|
||
}
|
||
|
||
/* 使用指南 */
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||
.guide {
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||
background: #1f242e;
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||
border: 1px solid var(--border);
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||
border-radius: 8px;
|
||
padding: 20px 24px;
|
||
margin-bottom: 32px;
|
||
}
|
||
.guide h3 { color: #f0f6fc; margin-bottom: 12px; }
|
||
.guide code {
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||
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padding: 12px 16px;
|
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font-size: 0.875rem;
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line-height: 1.5;
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margin-bottom: 12px;
|
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color: var(--green);
|
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}
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||
.guide table { width: 100%; border-collapse: collapse; font-size: 0.875rem; }
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||
.guide th, .guide td {
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text-align: left;
|
||
padding: 8px 12px;
|
||
border-bottom: 1px solid var(--border);
|
||
}
|
||
.guide th { color: var(--text-dim); font-weight: 600; }
|
||
.guide td:first-child { color: var(--accent); font-weight: 500; }
|
||
|
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@media (max-width: 640px) {
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body { padding: 16px; }
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.case-grid { grid-template-columns: 1fr; }
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||
}
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</style>
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</head>
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<body>
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||
<div class="container">
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||
<h1>Dynamics 示例案例 <small>v2.1</small></h1>
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<p class="subtitle">10 个从简单到复杂的物理模拟案例，展示分子动力学模拟框架的多种应用场景</p>
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<h2>📋 案例总览</h2>
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<div class="case-grid">
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<div class="case-card">
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<span class="num">01</span>
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<h3>双粒子弹簧系统</h3>
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<p>两个原子由弹簧连接，在重力场中运动</p>
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<div class="meta">
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||
<span class="tag tag-python">Python</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
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||
<span class="tag tag-gravity">重力</span>
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</div>
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</div>
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||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">02</span>
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||
<h3>行星运动</h3>
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<p>地球绕太阳椭圆公转（万有引力）</p>
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<div class="meta">
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||
<span class="tag tag-python">Python</span>
|
||
<span class="tag tag-gravity">万有引力</span>
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||
</div>
|
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</div>
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||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">03</span>
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||
<h3>日地月系统（失稳）</h3>
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||
<p>三体系统参数不当导致轨道发散</p>
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<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-python">Python</span>
|
||
<span class="tag tag-gravity">万有引力</span>
|
||
<span class="tag tag-warning">失败案例</span>
|
||
</div>
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</div>
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||
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||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">04</span>
|
||
<h3>日地月系统（稳定）</h3>
|
||
<p>三体系统稳定轨道，经希尔半径检验</p>
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||
<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-python">Python</span>
|
||
<span class="tag tag-gravity">万有引力</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
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||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">05</span>
|
||
<h3>一维原子链纵波</h3>
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||
<p>驱动原子 1 沿 x 振动，产生纵波传播</p>
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||
<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-python">Python</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
|
||
<span class="tag tag-drive">驱动力</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
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||
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||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">06</span>
|
||
<h3>一维原子链横波</h3>
|
||
<p>带阻尼的横波传播（FPU 非线性）</p>
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||
<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-c">C 引擎</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
|
||
<span class="tag tag-drive">驱动力</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">07</span>
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||
<h3>一维链横波·双端驱动</h3>
|
||
<p>原子 1 + 原子 120 同时驱动，波相遇干涉</p>
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<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-c">C 引擎</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
|
||
<span class="tag tag-drive">驱动力</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="case-card">
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||
<span class="num">08</span>
|
||
<h3>双原子弹簧·C 引擎测试</h3>
|
||
<p>2 原子快速验证 C 引擎正确性</p>
|
||
<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-c">C 引擎</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
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||
<div class="case-card">
|
||
<span class="num">09</span>
|
||
<h3>一维链纵波·Fortran 引擎</h3>
|
||
<p>Fortran 引擎驱动的纵波，GPU 实例化渲染</p>
|
||
<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-fortran">Fortran</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
|
||
<span class="tag tag-drive">驱动力</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="case-card">
|
||
<span class="num">10</span>
|
||
<h3>一维链纵波·能量分析</h3>
|
||
<p>纵波传播 + 轨迹/能量图绘制</p>
|
||
<div class="meta">
|
||
<span class="tag tag-c">C 引擎</span>
|
||
<span class="tag tag-spring">弹簧</span>
|
||
<span class="tag tag-drive">驱动力</span>
|
||
</div>
|
||
</div>
|
||
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||
</div>
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||
<h2>📖 各案例详情</h2>
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||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case01/">case01 — 双粒子弹簧系统</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-python">Python 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
<li class="tag tag-gravity">重力场</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>两个原子通过弹簧连接，在均匀重力场（G=[0,0,-9.8]）中自由运动。展示重力作用下的耦合振动与落体运动的复合。</p>
|
||
<div class="highlight">🔬 教学案例：算法 leapfrog，渲染 Sphere 模式，建议作为入门第一个案例</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case02/">case02 — 行星运动</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-python">Python 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-gravity">万有引力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>模拟地球绕太阳的椭圆轨道运动。大质量中心体固定，小质量体绕行。</p>
|
||
<div class="highlight">🌍 万有引力强度 gravity_strength=100.0，leapfrog 算法确保能量守恒</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case03/">case03 — 日地月系统（失败案例）</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-python">Python 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-gravity">万有引力</li>
|
||
<li class="tag tag-warning">失稳</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>三体系统（太阳-地球-月球）。初始条件或参数设置不当，轨道不稳定。展示数值模拟中参数选择的重要性。</p>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case04/">case04 — 日地月系统（成功案例）</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-python">Python 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-gravity">万有引力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>与 case03 相同的三体系统，但采用恰当的初始条件：地球置于近日点（$r=10$），$v_z=520$ 接近圆轨道；月球缩至希尔半径（$r_H\approx1.0$）以内的 $r=0.5$，相对速度 $v_{\text{rel}}\approx127$，确保月球被地球稳定束缚。</p>
|
||
<div class="highlight">✅ 与 case03 对比学习：初始条件对数值稳定性的影响。地月距 0.5 在地球希尔半径以内，满足稳定性条件</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case05/">case05 — 一维原子链纵波</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-python">Python 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
<li class="tag tag-drive">驱动力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>60 原子沿 x 轴排列。原子 1 受 x 方向驱动力，产生沿链传播的纵波（压缩波）。原子 x 自由，y/z 锁定。</p>
|
||
<div class="highlight">📈 纵波波速快（x 方向弹簧力线性），T_total=10, NSTEP=50</div>
|
||
</div>
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||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case06/">case06 — 一维原子链横波（带阻尼）</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-c">C 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
<li class="tag tag-drive">驱动力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>120 原子沿 x 轴排列，带横向阻尼。驱动沿 z 方向，原子 z 自由，x/y 锁定。横波传播具有 FPU 型非线性。</p>
|
||
<div class="highlight">⚡ C 引擎高性能计算，T_total=1000, NSTEP=500，支持运动相机</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case07/">case07 — 一维链横波·双端驱动</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-c">C 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
<li class="tag tag-drive">驱动力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>120 原子，原子 1 和原子 120 同时受 z 方向驱动（同频率、相位差 90°），两端向中间传播的横波相遇。</p>
|
||
<div class="highlight">🌊 波干涉演示，视觉放大 display_amp=[1,1,10] 便于观察小幅度振动</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case08/">case08 — 双原子弹簧（C 引擎快速测试）</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-c">C 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>2 原子弹簧系统，T_total=100 的短时模拟。用于快速验证 C 引擎的正确性和性能。</p>
|
||
<div class="highlight">🧪 引擎快速验证用例，无动画输出</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case09/">case09 — 一维链纵波·Fortran 引擎</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-fortran">Fortran 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
<li class="tag tag-drive">驱动力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>40 原子沿 x 轴排列，Fortran 引擎驱动的纵波传播测试。使用 <code>use_marker: 1</code>（GPU 实例化 Marker 模式）加速渲染，验证 Fortran 引擎与其他引擎的输出兼容性。</p>
|
||
<div class="highlight">🔧 Fortran 引擎兼容性验证，T_total=200, NSTEP=100。Marker 模式下 40 原子以 GPU 点精灵渲染，帧率高</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<h3><a href="./case10/">case10 — 一维链纵波·能量分析</a></h3>
|
||
<ul>
|
||
<li class="tag tag-c">C 引擎</li>
|
||
<li class="tag tag-spring">弹簧键力</li>
|
||
<li class="tag tag-drive">驱动力</li>
|
||
</ul>
|
||
<p>40 原子纵波传播，支持轨迹/能量图绘制（step_plot=1）。原子 x/y/z 全部自由。</p>
|
||
<div class="highlight">📊 能量分析演示，T_total=10, NSTEP=20</div>
|
||
</div>
|
||
|
||
<h2>🚀 使用方法</h2>
|
||
<div class="guide">
|
||
<h3>命令行</h3>
|
||
<code># 进入案例目录并运行<br>cd examples/case05<br>python run_dynamics.py<br><br># 仅运行模拟，跳过动画<br>python run_dynamics.py --no-plot<br><br># 手动启动 3D 动画<br>python ../../draw.py output/</code>
|
||
|
||
<h3>案例选择指南</h3>
|
||
<table>
|
||
<tr><th>目标</th><th>推荐案例</th></tr>
|
||
<tr><td>快速上手框架</td><td>case01</td></tr>
|
||
<tr><td>天体力学/万有引力</td><td>case02 / case04</td></tr>
|
||
<tr><td>波动物理（纵波）</td><td>case05</td></tr>
|
||
<tr><td>波动物理（横波/非线性/阻尼）</td><td>case06</td></tr>
|
||
<tr><td>双端驱动/波干涉</td><td>case07</td></tr>
|
||
<tr><td>引擎性能对比</td><td>case08 (C) / case09 (Fortran)</td></tr>
|
||
<tr><td>能量分析</td><td>case10</td></tr>
|
||
</table>
|
||
|
||
<h3>配置</h3>
|
||
<p style="color:var(--text-dim); font-size:0.875rem;">
|
||
每个案例的 <code>input/input.txt</code> 可配置物理参数、力开关、算法、引擎、渲染方式等。
|
||
</p>
|
||
|
||
<h3>引擎架构</h3>
|
||
<p style="color:var(--text-dim); font-size:0.875rem;">
|
||
外部引擎（C / C++ / Fortran）以 <strong>DLL 方式</strong> 运行，主程序通过 ctypes 在进程内直接调用，不启动子进程。DLL 预编译在 <code>engines/release/</code> 中，源码位于 <code>engines/src/{c,cpp,fortran}/</code>。重新编译：
|
||
<code>cd engines/src/c && make dll</code>
|
||
</p>
|
||
</div>
|
||
|
||
<h2>📁 框架结构</h2>
|
||
<div class="detail-card">
|
||
<pre style="font-size:0.825rem; color:var(--text-dim); line-height:1.5;">
|
||
dynamics/
|
||
├── dynamics.py # 统一运行入口
|
||
├── compute.py # 物理引擎 + 显示数据生成
|
||
├── draw.py # VisPy 3D 动画
|
||
├── plot_wave.py # 波形能量图
|
||
├── .gitattributes # DLL/二进制文件保护
|
||
├── engines/
|
||
│ ├── engine_dll.py # DLL 加载器（ctypes）
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│ ├── python/ # Python 引擎（dynamics_lib.py）
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│ ├── release/ # 预编译 DLL（C / C++ / Fortran）
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│ └── src/ # 引擎源码
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│ ├── c/ # C 源码 + Makefile → dynamics_c.dll
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│ ├── cpp/ # C++ 源码 + Makefile → dynamics_cpp.dll
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│ └── fortran/ # Fortran 源码 + Makefile → dynamics_f90.dll
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├── examples/ # 案例目录
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│ ├── case01/ ~ case10/
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└── output/ # 默认输出目录
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</pre>
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</div>
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</div>
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</body>
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</html>
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