利用 Manim 展示内燃机引擎活塞、连杆与曲柄的运动模拟【下】
要在 Manim 中展示内燃机引擎中活塞、连杆和曲柄的运动,你需要对这些组件的几何关系和运动进行建模。以下是一个基本的实现思路,可以帮助你创建这种动画模拟。
步骤:
1. 安装 Manim
确保你已经安装了 Manim。如果没有安装,可以使用以下命令:
pip install manim
2. 基础代码结构
创建一个 Python 文件,比如 engine_simulation.py
,并开始定义你的动画类。
from manim import *
class EngineSimulation(Scene):
def construct(self):
# 设置基本参数
crank_radius = 1.5 # 曲柄半径
connecting_rod_length = 4 # 连杆长度
# 创建曲柄圆心
origin = np.array([-4, 0, 0]) # 动画中曲柄圆心的位置
# 创建圆以表示曲柄的运动轨迹
crank_circle = Circle(radius=crank_radius, color=BLUE).move_to(origin)
# 创建活塞
piston = Rectangle(width=0.8, height=1.0, color=GREEN)
# 创建曲柄
crank = Line(origin, origin + np.array([crank_radius, 0, 0]), color=RED)
# 将活塞放在初始位置
piston.move_to(origin + np.array([connecting_rod_length + crank_radius, 0, 0]))
# 更新函数用于动画中的运动
def update_system(mob, dt):
# 旋转角度(用时间的变换产生动画效果)
angle = self.time * 2 * PI / 5 # 5秒完成一个完整的旋转
# 更新曲柄位置
crank_end = origin + np.array([crank_radius * np.cos(angle), crank_radius * np.sin(angle), 0])
crank.put_start_and_end_on(origin, crank_end)
# 计算连杆的另一端(与活塞连接的点)
x_piston = crank_end[0]
y_piston = np.sqrt(connecting_rod_length**2 - (x_piston - origin[0])**2) + origin[1]
# 更新活塞位置
piston.move_to([x_piston, y_piston, 0])
# 添加所有元素到场景
self.add(crank_circle, crank, piston)
# 使三者动态更新
self.add_updater(update_system)
# 运行动画
self.wait(10)
# 运行动画应使用以下命令
# manim -p -ql engine_simulation.py EngineSimulation
说明:
- 曲柄圆心:这是曲柄旋转的中心,通过一个简单的位置偏移来定义。
- 运动更新函数:每一帧更新曲柄和活塞的位置。曲柄转动带动活塞的直线运动。
- Manim 动画管理:使用
add_updater
对象实时更新动画,每帧计算和更新几何形状的位置。
运行
确保你在命令行中正确调用 Manim 来运行这个 Python 文件,并可视化内燃机的运动。
manim -p -ql engine_simulation.py EngineSimulation
调整参数如 crank_radius
和 connecting_rod_length
,以更好地展示运动的各个阶段。可以根据需要进一步美化不同组件的颜色和样式。