# 物理电场模拟

**Repository Path**: LiamB/physical-monomer-simulation

## Basic Information

- **Project Name**: 物理电场模拟
- **Description**: 这是一个基于Pygame和Pymunk开发的物理单体模拟系统，主要用于模拟电场和带电粒子在电场中的运动轨迹。
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-10-13
- **Last Updated**: 2025-10-25

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 物理电场模拟系统

一个基于Python的交互式电场模拟系统，用于可视化电场分布和带电粒子运动。该系统支持实时电场线绘制、多电荷源管理、粒子轨迹追踪等高级功能。

## ✨ 主要功能

### 🔋 电场源管理
- **多电荷源支持**：创建、移动、删除正负电荷源
- **实时参数调整**：动态修改电荷量、位置坐标
- **可视化标识**：正负电荷用不同图标显示
- **爆炸动画**：删除电荷源时的粒子爆炸效果

### ⚡ 电场线可视化
- **物理准确**：基于库仑定律的精确电场计算
- **曲线绘制**：真实的曲线电场线，非直线近似
- **方向指示**：箭头显示电场方向
- **密度映射**：电场线密度反映电场强度
- **一键切换**：支持显示/隐藏电场线

### 🎯 粒子运动模拟
- **实时轨迹**：平滑的粒子运动轨迹绘制
- **参数显示**：实时显示粒子位置、速度、电荷量
- **边界处理**：粒子出界自动重置
- **力场计算**：基于叠加原理的电场力计算

### 🎮 交互界面
- **直观操作**：点击、双击、拖拽操作
- **信息面板**：详细的电场源参数显示
- **动画效果**：流畅的界面动画和过渡
- **中文支持**：完整的中文界面

## 🛠️ 技术栈

- **Python 3.8+** - 核心开发语言
- **Pygame** - 2D图形渲染和用户界面
- **Pymunk** - 物理引擎，粒子运动模拟
- **pygame_gui** - 高级UI组件库
- **NumPy** - 数值计算支持

## 📦 安装指南

### 环境要求
- Python 3.8 或更高版本
- pip 包管理工具

### 快速开始

1. **克隆项目**
   ```bash
   git clone <repository-url>
   cd Physics
   ```

2. **安装依赖**
   ```bash
   pip install -r requirments.txt
   ```

3. **运行程序**
   ```bash
   python main.py
   ```

## 🎯 使用说明

### 基本操作

| 操作 | 说明 |
|------|------|
| **单击电荷源** | 显示详细信息面板 |
| **双击电荷源** | 进入拖拽模式，可移动电荷源 |
| **再次双击** | 确认新位置 |
| **右键** | 显示创建电荷源菜单 |
| **点击"电场线"按钮** | 切换电场线显示/隐藏 |

### 参数调整

- **位置修改**：在信息面板输入框中输入坐标 `(x,y)`
- **电荷量调整**：使用滑块调整电荷大小
- **复制电荷源**：点击"复制"按钮
- **删除电荷源**：点击"删除"按钮

### 观察模式

- **粒子轨迹**：程序自动绘制粒子运动轨迹
- **电场线**：点击按钮显示/隐藏电场线
- **参数监控**：实时显示粒子位置和速度

## 📁 项目结构

```
Physics/
├── main.py              # 主程序文件
├── config.py            # 配置文件
├── requirments.txt      # 项目依赖
├── theme.json           # UI主题配置
├── img/                 # 图片资源
│   ├── Pcharge.png      # 正电荷图标
│   ├── Ncharge.png      # 负电荷图标
│   ├── left.png         # 左箭头图标
│   ├── left_blue.png    # 左箭头蓝色版本
│   ├── right.png        # 右箭头图标
│   └── right_blue.png   # 右箭头蓝色版本
└── font/                # 字体资源
    └── font.ttf         # 中文字体文件
```

## ⚙️ 配置说明

### config.py 参数

```python
# 静电力常量
k = 8.987551e9

# 初始电荷源配置 [x坐标, y坐标, 电荷量]
SourcePosArr = [
    [470, 40, 10],   # 正电荷
    [470, 240, 10],  # 正电荷
    [470, 440, 10],  # 正电荷
    [270, 40, 10],   # 正电荷
    [270, 240, 10],  # 正电荷
    [270, 440, 10],  # 正电荷
    [70, 40, -10],   # 负电荷
    [70, 240, -10],  # 负电荷
    [70, 440, -10],  # 负电荷
    [200, 300, -30]  # 大负电荷
]
```

## 🔬 物理原理

### 电场计算
- **库仑定律**：E = kQ/r²
- **叠加原理**：多电荷系统的电场为各电荷电场的矢量和
- **数值积分**：使用数值方法追踪电场线

### 粒子运动
- **洛伦兹力**：F = qE
- **牛顿第二定律**：F = ma
- **实时积分**：使用物理引擎计算粒子轨迹

## 🎨 视觉效果

- **电场线**：青色曲线，带方向箭头
- **正电荷**：红色图标，向外发散的电场线
- **负电荷**：蓝色图标，向内汇聚的电场线
- **粒子轨迹**：红色轨迹线
- **动画效果**：电荷源周围的电子旋转动画

## 🚀 高级功能

### 电场线算法
- **数值积分追踪**：沿电场方向逐步移动
- **自适应步长**：根据电场强度调整计算精度
- **边界处理**：智能处理屏幕边界和电荷源附近
- **性能优化**：定期重新计算，避免卡顿

### 物理引擎集成
- **Pymunk物理引擎**：精确的力学模拟
- **碰撞检测**：边界碰撞处理
- **力场应用**：实时电场力计算
- **轨迹记录**：平滑轨迹绘制

## 🐛 故障排除

### 常见问题

1. **程序无法启动**
   - 检查Python版本（需要3.8+）
   - 确认所有依赖已安装：`pip install pygame pymunk pygame_gui`

2. **字体显示异常**
   - 确保`font/font.ttf`文件存在
   - 检查字体文件是否损坏

3. **电场线不显示**
   - 点击右下角"电场线"按钮
   - 检查电荷源是否正确创建

4. **性能问题**
   - 减少电场线密度
   - 关闭不必要的视觉效果

## 📈 性能优化

- **智能计算**：电场线定期重新计算（1秒间隔）
- **步长优化**：平衡精度和性能
- **边界检测**：避免无效计算
- **内存管理**：轨迹点队列限制

## 🤝 贡献指南

欢迎提交Issue和Pull Request！

### 开发环境设置
```bash
# 安装开发依赖
pip install -r requirments.txt

# 运行测试
python test_.py
```

## 📄 许可证

MIT License - 详见 [LICENSE](LICENSE) 文件

## 👨‍💻 作者

**Liam Wu** - 项目创建者和主要开发者

## 📅 项目时间线

- **开始日期**：2025年9月30日
- **当前版本**：v2.0（支持电场线可视化）
- **最后更新**：2025年10月21日

## 🙏 致谢

感谢以下开源项目：
- [Pygame](https://www.pygame.org/) - 2D游戏开发库
- [Pymunk](http://www.pymunk.org/) - 2D物理引擎
- [pygame_gui](https://github.com/MyreMylar/pygame_gui) - GUI组件库

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**享受物理模拟的乐趣！** 🎉