Symulacje Komputerowe w Fizyce, wydanie 2

Zbiór kodów źródłowych, programów, ilustracji i animacji do książki. Kompletna lista materiałów z opisem znajduje się w książce.

Zbiór i opisy wybranych kodów źródłowych:

• KodyZrodlowe/Rozdzial1/K_WahadloSprez2020.c
  • Symulacja punktu materialnego zawieszonego na sprężynie (całkowanie metodą Eulera). Wersja poprawiona (w stosunku do pierwszego wydania, w którym model nie do końca odpowiadał tej sytuacji fizycznej). Oryginalne kody z pierwszego wydania zostały zachowane w katalogu.

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/Newton3d/_4_powierzchnia_kula_ok/
  • Kula spadająca na powierzchnię złożoną z punktów i sprężynek. Użytkownik może dodawać więcej kul które również oddziałują między sobą (C++ z użyciem OpenGL (GLUT)).

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/Newton3d/_8_powierzchnia/
  • Tkanina zawieszona na obracającej się belce z dodatkową kolizją z dużą kulą w części centralnej (C++ z użyciem OpenGL (GLUT)).

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/Newton3d/_5_artykul_taniec/
• KodyZrodlowe/Rozdzial2/Newton3d/_6_taniec_260402/
  • Symulacja ruchu postaci zbudowanej z punktów i sprężynek imitująca taniec postaci. (C++ z użyciem OpenGL (GLUT)).

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/Tentacles/
  • Obiekt złożony ze sprężynek i punktów doczepionych do sztywnej kuli. Ruch kuli wprawia w ruch doczepione "włosy". Implementacja w języku C++ z użyciem OpenGL (GLUT).

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/cloth.html

  • Tkanina złożona z punktów i połączeń sprężystych, możliwość interakcji z użyciem myszy, metoda Verlet całkowania równań różniczkowych ruchu, kod i wizualizacja w HTML5.

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/softbody.html

  • Ciało miękkie w dwóch wymiarach - implementacja i wizualizacja w HTML5.

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/konstruktor/konstruktor.html
  • Replika programu "Soda Constructor" - umożliwia budowanie własnych obiektów z dodatkowymi sprężynami, których długość w stanie równowagi jest zależna od czasu (mięśnie).

• KodyZrodlowe/Rozdzial2/SoftBody3D
  • Implementacja C++ trójwymiarowego modelu ciała miękkiego opartego o ciśnienie. Program wykorzystuje OpenGL i pozwala na symulację w czasie rzeczywistym. Niektóre z obiektów (ręka, koala) wykonał Mariusz Jarosz (dziękuję!).

• KodyZrodlowe/Rozdzial3/Waves1d-2wydanie/
  • Rozwiązanie problemu fali w jednym wymiarze z użyciem pochodnej centralnej (dziękuję LB!). Program w wersjach z wizualizacją jako animacja, zapis klatek w czasie lub mapy kolorów reprezentujących ewoilucję czasową. Animacja:

• KodyZrodlowe/Rozdzial3/ofwaves/
  • Program Waves zaimplementowany z użyciem biblioteki OpenFrameworks. z interfejsem użytkownika (GUI) do zmiany parametrów.

• KodyZrodlowe/Rozdzial3/Waves/
  • Rozwiązanie numeryczne równania falowego w dwóch wymiarach. Załączony jest kod w dwóch wersjach - zarówno jako duża aplikacja okienkowa z użyciem GUI (interfejs użytownika z użyciem Fox Toolkit) jak i wersja uproszczona bez interfejsu użytkownika - z samą wizualizacją. Program w wersji z interfejsem umożliwia interakcję, dodawanie źródeł, przeszkód. Dodatkowo zamieszczona została też wersja HTML5, którą można też uruchomić w internecie.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/lbmfluid_book/
  • Implementacja C/C++ modelu Gazu Sieciowego Boltzmanna LBM w wersji jednofazowej z komentarzami odpowiadającymi układowi w rozdziale z książki. Jest to prosta implementacja modelu jednorelaksacyjnego z wizualizacją w OpenGL i biblioteką GLUT. Dodatkowo do kodu dołączone są procedury wizualizacji poprzez śledzenie ruchu cząsteczek płynu i ich rozsmarowywanie. Uwaga: możliwe są problemy z podwójnym buforowaniem na niektórych systemach operacyjnych, wtedy należy dokładniej przyjrzeć się sterownikom i działaniu OpenGL.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/lbmfluid3D
  • Model LBM w wersji trójwymiarowej, przybliżenie jednorelaksacyjne BGK.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/lbmfluid-mrt/
  • Przepływ w komorze (ang. Driven Cavity Flow). Implementacja modelu wielorelaksacyjnego (MRT) przepływu jednofazowego 2D z użyciem LBM dla wysokich liczb Reynoldsa.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/lbmfluid2D-multiphase/
  • Implementacja przepływu wielofazowego 2D z użyciem LBM i modelu Shan-Chen omawianego w książce.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/lbmfluid3D-multiphase/
  • Implementacja przepływu wielofazowego 3D z użyciem LBM i modelu Shan-Chen omawianego w książce.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/lbmfluid-tauone3D/
  • Implementacja modelu LBM bez funckcji rozkładu prędkości w wersji 3D i 2D (model LBMTAU1).

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/FldSurface
  • Zachowanie się płynu z powierzchnią swobodną, rozwiązanie uproszczonych równań płytkiej wody. Problemy z niestabilnością rozwiązania są rezultatem zastosowanej metody jawnej całkowania i mogą być wyeliminowane albo poprzez zmianę parametrów symulacji (mniejsze amplitudy fal początkowych), albo przez zastosowanie innych metod numerycznych.

• KodyZrodlowe/Rozdzial4/Fluid13
  • Rozwiązanie numeryczne rownań Naviera-Stokesa dla cieczy nieściśliwej metodą cząstek w komórce (Marker-and-cell). Wersja dla Windows potrafi samodzielnie wygenerowaź animacje .avi przy użyciu biblioteki VFW (Video For Windows). Wersja dla linux pracuje w trybie tekstowym i generuje pliki .ppm (kolejne klatki animacji).

• KodyZrodlowe/Rozdzial5/Schroedinger
  • Mechanika kwantowa - rozwiązanie numeryczne równania Schroedingera zależnego od czasu i wizualizacja modułu funkcji falowej w postaci funkcji 3D.

• KodyZrodlowe/Bonus/81fractalifs
  • Program C/C++ generujący fraktal typu IFS (paproć). Kod wykonany na podstawie książki J. Kudrewicz, Fraktale i chaos, WNT 2015. Program generuje plik graficzny typu .ppm (Portable Pixel Map) - prosty format graficzny w trybie ASCII omówiony w książce w rozdziale o symulacji płynów.

• KodyZrodlowe/Bonus/82IsingModel

  • Implementacja modelu sieciowego magnetyzmu (model Isinga), program w C++ z wizualizacją w OpenGL. Program pozwala na obserowanie ewolucji układu spinów w czasie dla różnej temperatury.
  

• KodyZrodlowe/Bonus/ripple2d.html

  • Prosty automat komórkowy generujący rozchodzenie się fal w dwóch wymiarach. Kod w HTML5 z wizualizacją w przeglądarce.

    

• KodyZrodlowe/Bonus/dla.html

  • Tworzenie struktur - fraktali - DLA (Diffusion Limited Aggregation) - bardzo proste, ale ciekawe zjawisko fizyczne i prosty model służący do jego symulacji. Program w JS/HTML5, wizualizacja w czasie rzeczywistym. Interakcja myszą pozwala na dokładanie nowych zarodków fraktala.
  

• KodyZrodlowe/Bonus/lbm_turbulencje_compute_shaders/

  • Programy źródłowe symulacji zjawisk przepływów turbulentnych i wielofazowych wykonane przybliżeniem Smagorińskiego. Implementację modelu turbulencji opracował Nicholas Delbosc (dziękuję!). Kody zostały zaimplementowane w technologii programów cieniowania na karcie GPU (Compute Shaders).
  

• KodyZrodlowe/Bonus/DrivenCavity-Sources/

  • Implementacja C++ trzech standardowe metod symulacji płynów używających bezpośredniej dyskretyzacji równań Naviera-Stokesa. Zaimplementowane są trzy metody: SIMPLE (Semi Implicit Method for Pressure Linked Equations), SIMPLER (Revised) oraz podejście z funkcją wirowości i prądu. Opis metod można znaleźć w Dokumenty/29-matyka-simple.pdf.
  

• KodyZrodlowe/Bonus/PalabosCG/

  • Skrypt do biblioteki Palabos umożliwiający rendering 3D z użyciem RayTracingu (PovRay) powierzchni swobodnej płynu.

[(c) Maciej Matyka, 2002-2020](http://panoramix.ift.uni.wroc.pl/~maq/eng/)