用Python實(shí)現(xiàn)模擬太陽系運(yùn)動方法

不懂用Python實(shí)現(xiàn)模擬太陽系運(yùn)動方法？其實(shí)想解決這個(gè)問題也不難，下面讓小編帶著大家一起學(xué)習(xí)怎么去解決，希望大家閱讀完這篇文章后大所收獲。

資源素材

太陽系現(xiàn)在只有8大行星，連太陽一起，一共是9張圖片。

def openSolor(solar):
    def loadImg(name):
        str1= os.path.join(basePath, name+ '.png')
        img= Image.open(str1)
        solar[name]= img
 
    basePath= r'D:\太陽系\素材'
    # 
    loadImg('sun')
    loadImg('venus')
    loadImg('jupiter')
    loadImg('earth')
    loadImg('mars')
    loadImg('mercury')
    loadImg('neptune')
    loadImg('pluto')
    loadImg('uranus')
    loadImg('saturn')

基本運(yùn)動原理

每顆行星的運(yùn)動軌跡都是橢圓的，我們這里用一個(gè)參數(shù)方程來計(jì)算坐標(biāo)：

x=cos(arc)*a

y=sin(arc)*b

其中，a,b 是橢圓的長軸和短軸，arc是運(yùn)行角度，x,y是水平面坐標(biāo)。

先上一張靜態(tài)效果圖吧!

參數(shù)的設(shè)置

為了效果好看，實(shí)際參數(shù)不可能是真實(shí)的。但有幾個(gè)關(guān)鍵條件至少應(yīng)該滿足。首先行星順序別弄錯，行星軌道之間的間距不是等距的，而是漸增的。

其次是火星和木星直接有一個(gè)小行星帶，所以這兩個(gè)行星的軌道之間最好留出一個(gè)空隙。還有就是越往外圈的行星，繞行速度越慢。

def initSolar(posList):
    def getNumber():
        return random.randint(0,35)*10
    posList['sun']={'pos': (0,360), 'rate': 2, 'scale':1, 'radx': 1, 'layer':360}
    posList['mercury']={'rate': 0.15, 'radx':500, 'arc': getNumber(), 'rady': 200, 'speed':15}
    posList['venus']={'rate': 0.2, 'radx':550, 'arc': getNumber(), 'rady': 250, 'speed':10}
    posList['earth']={'rate': 0.2, 'radx':630, 'arc': getNumber(), 'rady': 320, 'speed':8}
    posList['mars']={'rate': 0.2, 'radx':740, 'arc': getNumber(), 'rady': 410, 'speed':6}
    posList['jupiter']={'rate': 0.7, 'radx':1050, 'arc': getNumber(), 'rady': 650, 'speed':4}
    posList['saturn']={'rate': 1, 'radx':1250, 'arc': getNumber(), 'rady': 800, 'speed':3}
    posList['uranus']={'rate': 0.3, 'radx':1480, 'arc': getNumber(), 'rady': 970, 'speed':2}
    posList['neptune']={'rate': 0.3, 'radx':1740, 'arc': getNumber(), 'rady': 1160, 'speed':2}

投影

一般的效果是將行星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)面至于一個(gè)水平面上，然后投影到垂直的屏幕上。投影算法不難。

                x= math.sin(math.radians(a))* radx+ x0
                y= math.cos(math.radians(a))* rady+ y0
                showX= x
                showY= midY- H/(D+y)*y

其中，x，y是公轉(zhuǎn)平面坐標(biāo)，showX,showY是投影到垂直平面的坐標(biāo)。H是平面的高度，D是屏幕到太陽系的距離。

從數(shù)據(jù)來看，我們的太陽系模型是一個(gè)非常小的模型，或者電腦屏幕非常大。因?yàn)檫@兩者實(shí)際差不多大，以至于從觀察者的視角就可以出現(xiàn)很明顯的近大遠(yuǎn)小效果。從這種效果就可以知道，數(shù)據(jù)與真實(shí)值差別極為巨大。

近大遠(yuǎn)小的效果，只與y相關(guān)。

        data['scale']= (y0+D)/(y+D)

遮擋效果

為了有真實(shí)感，行星之間、行星與軌道之間，軌道與太陽之間等等的遮擋效果是最關(guān)鍵的。

我們的做法是先畫后半?yún)^(qū)，再畫太陽，再畫前半?yún)^(qū)。后半?yún)^(qū)中，遠(yuǎn)日行星先畫；前半?yún)^(qū)中，近日行星先畫。以保證正確的遮擋效果。

 drawOrb(img, solar, posList, 0, 90, True)
        pasteSolor(img, solar, posList)
        drawOrb(img, solar, posList, 90, 180, False)

比較復(fù)雜一點(diǎn)的是行星與自身軌道之間的遮擋關(guān)系。必須實(shí)現(xiàn)一線穿一球的效果才好看。而且穿球位置不是固定不變的。這里，我們根據(jù)行星所在角度的不同，將軌道拆分為兩半來畫。

一部分軌道是被行星遮擋的，另一部分軌道遮擋行星，但留一些空間，以實(shí)現(xiàn)比較自然的穿球效果。

    drawArc(arc1, arc)
            rate= posList[name]['rate']* posList[name]['scale']
            pic= solarImg[name].resize(effect.tupleRound(effect.tupleMul(solarImg[name].size, rate)), Image.ANTIALIAS)
            pos= effect.tupleRound(effect.tupleAdd(posList[name]['pos'], effect.tupleMul(pic.size, -0.5)))
            r, g, b, alpha= pic.split()
            img.paste(pic, pos, mask= alpha)
            # 穿球點(diǎn)，隨arc不同而不同
            # 90度位置，在中心穿球，
            # 越接近0或180度，越接近球邊緣
            # 根據(jù)這種性質(zhì)，采用cos來模擬
            darc= abs(round(math.cos(math.radians(arc))*solarImg[name].size[1]*rate/50))
            # darc= abs(round(math.cos(math.radians(arc))*5))
            # print(name, arc, darc)
            drawArc(arc+darc, arc2)

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