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创建流粒子动画

随时间变化的抛射体路径

此示例演示如何使用三维箭头图将抛射体路径显示为时间函数。

使用速度和加速度常量 vza 显示如下抛射体路径。计算时间从 0 到 1 的变化过程中高度 z 的值。

z(t)=vzt+at22

vz = 10; % velocity constant
a = -32; % acceleration constant         
t = 0:.1:1;
z = vz*t + 1/2*a*t.^2;

计算 x 方向和 y 方向上的位置。

vx = 2;
x = vx*t;

vy = 3;
y = vy*t;

计算速度向量的分量并使用三维箭头图显示该向量。将坐标区的视点改为 [70,18]

u = gradient(x);
v = gradient(y);
w = gradient(z);
scale = 0;

figure
quiver3(x,y,z,u,v,w,scale)
view([70,18])

粒子动画可以显示哪些信息

流粒子动画可用于可视化向量场的流向和速度。“粒子”(由线标记表示)用于跟踪沿特定流线的流动。动画中每个粒子的速度与流线上任何给定点处的向量场的模成正比。

1.指定数据范围的起点

本示例通过指定适当的起点来确定要绘制的体区域。在本例中,流线图的起点为 x = 100,y 方向上的范围为 20 到 50,并位于 z = 5 的平面上,这并不是完整的体范围。

load wind
[sx sy sz] = meshgrid(100,20:2:50,5);

2.创建流线以指示粒子路径

本示例使用流线(stream3streamline)跟踪动画粒子的路径,为动画添加视觉环境。

verts = stream3(x,y,z,u,v,w,sx,sy,sz);
sl = streamline(verts);

3.定义视图

虽然所有流线都开始于 z = 5 的平面,但某些螺旋线的值更低。以下设置提供了清晰的动画视图:

  • 选择的视点 (view) 既能显示包含大部分流线的平面,又能显示螺旋线。

  • 将数据的纵横比 (daspect) 设为 [2 2 0.125] 可在 z 方向提供更高的分辨率,使螺旋线中的流粒子更容易看清。

  • 将坐标区范围设置为与数据范围匹配 (axis),然后绘制轴框 (box)。

    view(-10.5,18)
    daspect([2 2 0.125])
    axis tight;
    set(gca,'BoxStyle','full','Box','on')
    

4.计算流粒子顶点

确定流线上要绘制粒子的顶点。interpstreamspeed 函数基于流线顶点和向量数据的速度返回此数据。本示例将速度缩放 0.05,以增加插值顶点的数量。

将坐标区的 SortMethod 属性设置为 childorder,使动画运行速度更快。

streamparticles 函数设置以下属性:

  • Animate 设置为 10,使动画运行 10 次。

  • ParticleAlignment 设置为 on,以便同时开始所有粒子跟踪。

  • MarkerEdgeColor 设置为 none,以便只绘制圆形标记的面。如果不绘制标记的边,动画通常会运行得更快。

  • MarkerFaceColor 设置为 red

  • Marker 设置为 o,以绘制圆形标记。您也可以使用其他线标记。

    iverts = interpstreamspeed(x,y,z,u,v,w,verts,0.01);
    set(gca,'SortMethod','childorder');
    streamparticles(iverts,15,...
    	'Animate',10,...
    	'ParticleAlignment','on',...
    	'MarkerEdgeColor','none',...
    	'MarkerFaceColor','red',...
    	'Marker','o');