在 pymunk 群众之间产生排斥力

Question

我正在尝试制作一个动画，其中两个磁铁（相互排斥）落入旋转管中。我有下降（重力）位并向下旋转，但我遇到了磁力问题。我使用的力的公式是（磁铁 1 的磁强度 x 磁铁 2 的磁强度）/（磁铁之间的距离）^2。基本上，力的强度随着磁铁之间距离的平方而减小。目标是使磁铁在相同的磁极彼此面对时相互排斥。我相信我没有正确使用“apply_force_at_local_point”命令。我特别不确定在“apply_force_at_local_point”命令中更新力的 x 和 y 方向

您真的不需要为此了解太多物理知识。提前感谢您的帮助

import pymunk
import pymunk.pygame_util
import pygame
import numpy as np

GRAY = (220, 220, 220)

width_mass=48
height_mass=48

charges=[10000,-10000] #magnet strengths

pygame.init()
size = 800,600
screen = pygame.display.set_mode(size,pygame.FULLSCREEN)
draw_options = pymunk.pygame_util.DrawOptions(screen)

space = pymunk.Space()
space.gravity = (0,-900)

pts = [(-27, -238.5), (27,-238.5), (27,238.5), (-27,238.5)] #enpoints of the endlessly rotating rectangle
body_type=pymunk.Body(body_type=pymunk.Body.KINEMATIC)  
body_type.position = (400, 263.5)  
space.add(body_type)
for i in range(4):
    segment = pymunk.Segment(body_type, pts[i], pts[(i+1)%4], 2)
    space.add(segment)

body_type.angular_velocity=1 #rotation speed


class Rectangle:
    def __init__(self, rect_mass, pos,size=(80, 50)):
        self.body = pymunk.Body(mass=rect_mass)
        self.body.position = pos
        shape = pymunk.Poly.create_box(self.body, size)
        shape.density = 0.1
        space.add(self.body, shape)

mass_1 = Rectangle(rect_mass=1,pos=(400,473),size=(50,50))

mass_2 = Rectangle(rect_mass=1,pos=(400,420),size=(50,50))

masses=[mass_1,mass_2]

running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False

    screen.fill(GRAY)
    space.debug_draw(draw_options)
    pygame.display.update()
    space.step(0.01)
    temp=[] #collecting the positions of all masses in one place
    for mass in masses:
        temp.append(mass.body.position)
    if len(masses)==2:
        rel_dist=np.sqrt((temp[1][1]-temp[0][1])**2+(temp[1][0]-temp[0][0])**2) #euclidean distance between magnets
        mag_force=charges[0]*charges[1]/(rel_dist**2 + 0.00001) #force = magnet1*magnet2/dist of the magnets^2
        masses[0].body.apply_force_at_local_point(
            (mag_force*(temp[1][0]-temp[0][0]),
            mag_force*(temp[1][1]-temp[0][1])), 
            (masses[0].body.position.x,masses[0].body.position.y)) #this needs to be fixed
        masses[1].body.apply_force_at_local_point(
            -1*(mag_force*(temp[1][0]-temp[0][0]),
            mag_force*(temp[1][1]-temp[0][1])), 
            (masses[1].body.position.x,masses[1].body.position.y)) #this needs to be fixed

pygame.quit()

Answer 1

代码有几个问题。我认为主要问题是您使用apply_force_at_local_point 而不是apply_force_at_world_point。 Apply at local point 从身体的局部点施加力。也就是说，力和位置都应该在身体局部坐标中给出。因此，例如，如果您将力位置置于 (0,0)，则意味着力将施加在身体的中心。请注意，角度也应考虑在内。

通常更容易在世界坐标中思考并改用apply_force_at_world_point。从您的代码来看，您似乎也是这么想的，因为您指出将力施加到身体世界位置。

其他一些问题：

1. 你覆盖了矩形体上的质量。本身不是问题，但你会感到困惑:) 如果您设置附加到实体的形状的密度，它们将覆盖您指定的任何质量。所以在你的代码中 rect_mass 实际上没有被使用。相反，身体的质量和力矩是通过使用您在形状上设置的密度来计算的。要查看产生的质量和力矩，您可以在将它们添加到空间后打印它：print(body.mass, body.moment)

2. 在第二个应用力中，您乘以-1。但是，你乘的东西是一个元组，所以最终结果是一个空元组。

-1 * (
    mag_force * (temp[1][0] - temp[0][0]),
    mag_force * (temp[1][1] - temp[0][1]),
) 

相反，您可以将其包装在 pymunk.Vec2d 中，或者将 -1 移到里面：

-1 * Vec2d(
    mag_force * (temp[1][0] - temp[0][0]),
    mag_force * (temp[1][1] - temp[0][1]),
)
#or 
(
    -1 * mag_force * (temp[1][0] - temp[0][0]),
    -1 * mag_force * (temp[1][1] - temp[0][1]),
)

最后，当我查看您的代码时，我做了两件事来帮助我调试问题。首先是打印/绘制有问题的部分。

1. 您可以为形状设置单独的颜色。这样更容易理解它们的行为方式。例如像 shape.color = (255,0,0,255) 这样的元组是一个 RGBA 元组，以使形状变为红色。

2. 绘制施加的力对我很有用。一种方法是这样做：

f1 = (
    mag_force * (temp[1][0] - temp[0][0]),
    mag_force * (temp[1][1] - temp[0][1]),
)
masses[0].body.apply_force_at_world_point(
    f1, (masses[0].body.position.x, masses[0].body.position.y)
)
p2 = (100, 100) + pymunk.Vec2d(f1) / 10000
pygame.draw.lines(
    screen,
    (100, 0, 0),
    False,
    [(100, 100), (round(p2.x), round(p2.y))],
    3,
)

（然后在例如 (300,100) 处绘制第二张图）

最后我想补充一点，pymunk.Vec2d 具有计算两点之间距离等功能（例如rel_dist = temp[0].get_distance(temp[1])）。但这更多是个人选择，因为我是 Pymunk 的作者，所以我很有偏见:)