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############################################################################# Import des modules graphiques
import matplotlib.pyplot as plt #module graphique
import matplotlib.patches as patches #module de création de patchs/cercles
import matplotlib.animation as animation #module d'animation
import numpy as np #module de calcul
from pendulum.pendulum_simulation_motion import *
#Pour augmenter la performance
import matplotlib as mpl
mpl.rcParams['path.simplify'] = True
mpl.rcParams['path.simplify_threshold'] = 1
#plt.rcParams.update({'figure.autolayout': True})
#Pour poser un style bien stylé, et optimiser un peu (on fait ce qu'on peut)
import matplotlib.style as mplstyle
mplstyle.use(['dark_background','fast'])
#Pour l'affichage de la fenêtre et des boutons (l'interface graphique quoi)
import tkinter as tk
from tkinter import Tk, Label, Entry, StringVar, Frame
from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg
COLOR1 = "#570ee8"
COLOR2 = "#d90b2d"
######################################################################## Animation
#Fonctions pour gérer les couleurs, copiées sur stackoverflow
def hex_to_RGB(hex_str):
""" #FFFFFF -> [255,255,255]"""
return [int(hex_str[i:i+2], 16) for i in range(1,6,2)]
def get_color_gradient(c1, c2, n):
"""
Given two hex colors, returns a color gradient
with n colors.
"""
assert n > 1
c1_rgb = np.array(hex_to_RGB(c1))/255
c2_rgb = np.array(hex_to_RGB(c2))/255
mix_pcts = [x/(n-1) for x in range(n)]
rgb_colors = [((1-mix)*c1_rgb + (mix*c2_rgb)) for mix in mix_pcts]
return ["#" + "".join([format(int(round(val*255)), "02x") for val in item]) for item in rgb_colors]
def complementaryColor(my_hex):
"""Returns complementary RGB color
Example:
>>>complementaryColor('FFFFFF')
'000000'
"""
if my_hex[0] == '#':
my_hex = my_hex[1:]
rgb = (my_hex[0:2], my_hex[2:4], my_hex[4:6])
comp = ['%02X' % (255 - int(a, 16)) for a in rgb]
return ''.join(comp)
#---------------------------------------------------------------------------
#Non implémenté, car ne marche pas avec la manière dont les lignes sont dessinées sur matplotlib
def f(x,n):
if -n<x<n:
return x
else:
return np.mod(x,n)
f = np.vectorize(f,otypes=[np.float])
def renormalize(x):
return f((x+2*np.pi),(4*np.pi))-2*np.pi
#---------------------------------------------------------------------------
#Fonctions de plots
def plot_all(d,omegas):
'''
fonction qui prend en argument un pendule avec des paramètres de simulation et qui dessine les plots
return: fig, ax
'''
#On créé les couleurs qu'on va utiliser pour les différents pendules
color1 = COLOR1
color2 = COLOR2
print(len(omegas))
if len(omegas) == 1:
colors = [color1]
colors_ep = [color2]
else:
colors = get_color_gradient(color1,color2,len(omegas))
#Bon c'est un peu chiant mais on ajoute des couleurs pour distinguer l'énergie cénétique et potentielle
#L'énergie potentielle est la couleur complémentaire de l'énergie cinétique
colors_ep = get_color_gradient(complementaryColor(color1),complementaryColor(color2),len(omegas))
fig, (ax_row1,ax_row2) = plt.subplots(2, 2)
ax0,ax1 = ax_row1
ax2,ax3 = ax_row2
#print(root.winfo_width(),root.winfo_height())
# On change la taille de la fenêtre (dans notre cas la fenêtre est dans un canvas, donc on change le canvas)
fig.set_figwidth(15)
fig.set_figheight(9)
#On ajoute des titres aux axes
ax0.set_title("Pendulum")
ax1.set_title("Portrait de phase")
ax2.set_title("Energie cinétique et potentielle")
ax3.set_title("Vitesse angulaire")
# On change l'aspect ratio du premier graphique, pour que le pendule ne soit pas écrasé
ax0.set_box_aspect(1)
#On définit les limites des axes
#La limite du premier graphique est définie par la longueur du pendule (on se laisse un peu de marge d'où le +1)
ax0.set_xlim(-d["length"]-d["mass"],d["length"]+d["mass"])
ax0.set_ylim(-d["length"]-d["mass"],d["length"]+d["mass"])
#La limite du deuxième graphique est définie par la vitesse_angulaire/theta maximal (on peut varier entre 2*pi et 4*pi pour le bonheur des yeux)
ax1.set_xlim(-4*np.pi,4*np.pi)
ax1.set_ylim(-4*np.pi,4*np.pi)
#La limite du troisième graphique est définie par l'énergie cinétique/potentielle maximale, et le temps
ax2.set_xlim(d['debut'],d['fin'])
ax2.set_ylim(0,max(np.max(ec_s),np.max(ep_s))) #on ajoute un peu de marge pour que les courbes ne soient pas collées au bord
#La limite du quatrième graphique est définie par la vitesse maximale, et le temps
ax3.set_xlim(d['debut'],d['fin'])
ax3.set_ylim(-np.max(v_ang)-np.max(v_ang)/5,np.max(v_ang)+np.max(v_ang)/5) #on ajoute un peu de marge pour que les courbes ne soient pas collées au bord
#On desactive les axes (pour un effet esthétique maximal)
if not d['axes']:
ax0.set_axis_off()
ax1.set_axis_off()
ax2.set_axis_off()
ax3.set_axis_off()
#Si l'utilisateur veut une grille, on l'ajoute !
#Aller on peut commencer à dessiner
# Ax0 : Pendule
#on créer le cercle sur lequel le pendule est attaché
#on encapsule le cercle dans une double liste, pour que sa dimension soit homogène aux autres objets
cercle_origine = [[patches.Circle((0, 0), 0.1, ec="none",color="black",zorder=10)]]
ax0.add_artist(cercle_origine[0][0])
#on créer les masse des pendules, qu'on va modéliser par des cercles
circles = []
for i,omega0 in enumerate(omegas):
masse_x = np.cos(d["theta0"])*d["length"]
masse_y = np.sin(d["theta0"])*d["length"]
masse_cercle = patches.Circle((masse_x,masse_y), d["mass"], ec="none",color=colors[i])
circles.append([masse_cercle])
ax0.add_patch(masse_cercle)
#on créer les lignes qui relient les cercles au pendule
pendulum_lines = []
for i,omega0 in enumerate(omegas):
line, = ax0.plot([], [], 'o-', lw=1,color=colors[i],alpha=1)
l = [line]
# si le mode neon est activé, on ajoute des lignes de plus en plus épaisses et transparentes
if d['neon']:
for cont in range(3, 1, -1):
line1, = ax0.plot([], [], 'o-', lw=cont, color=line.get_color(), zorder=5,
alpha=0.3)
l.append(line1)
pendulum_lines.append(l)
# Ax1 : Portrait de phase
#On créer les lignes de phases
phase_lines = []
for i,omega0 in enumerate(omegas):
phase_line, = ax1.plot([], [], '-', lw=2,color=colors[i],zorder=6)
l = [phase_line]
if d['neon']: #encore une fois si le mode neon est activé, on ajoute des lignes de plus en plus épaisses et transparentes
for cont in range(6, 3, -1):
phase_line1, = ax1.plot([],[], lw=2*cont, color=phase_line.get_color(), zorder=5,
alpha=0.15)
l.append(phase_line1)
phase_lines.append(l)
#On créer les lignes de phases permanentes
perm_phase_lines = []
for i,omega0 in enumerate(omegas_perm):
phase_line1, = ax1.plot([], [], '-', lw=1,color="grey",zorder=5,alpha=0.7)
phase_line2, = ax1.plot([], [], '-', lw=1,color="grey",zorder=5,alpha=0.7)
l = [phase_line,phase_line2]
if d['neon']: #encore une fois si le mode neon est activé, on ajoute des lignes de plus en plus épaisses et transparentes
for cont in range(6, 3, -1):
phase_line1, = ax1.plot([],[], lw=cont, color=phase_line.get_color(), zorder=4,
alpha=0.1)
phase_line2, = ax1.plot([],[], lw=cont, color=phase_line.get_color(), zorder=4,
alpha=0.1)
l.append(phase_line1)
l.append(phase_line2)
perm_phase_lines.append(l)
# Ax2 : Energie
#On créer les courbes d'énergie cinétique et potentielle
ec_lines = []
ep_lines = []
for i,omega0 in enumerate(omegas):
ec_line, = ax2.plot([], [], '-', lw=1,color=colors[i],zorder=6)
ep_line, = ax2.plot([], [], '-', lw=1,color=colors_ep[i],zorder=6)
l_ec_lines = [ec_line]
l_ep_lines = [ep_line]
if d['neon']: #encore une fois si le mode neon est activé, on ajoute des lignes de plus en plus épaisses et transparentes
for cont in range(6,2, -1):
ec_line1, = ax2.plot([],[], lw=2*cont, color=ec_line.get_color(), zorder=5,
alpha=0.1)
ep_line1, = ax2.plot([],[], lw=2*cont, color=ep_line.get_color(), zorder=5,
alpha=0.1)
l_ec_lines.append(ec_line1)
l_ep_lines.append(ep_line1)
ec_lines.append(l_ec_lines)
ep_lines.append(l_ep_lines)
# Ax3 : Vitesse
#on créer les courbes de vitesse angulaire
v_lines = []
for i,omega0 in enumerate(omegas):
v_line, = ax3.plot([], [], '-', lw=1,color=colors[i],zorder=6)
l = [v_line]
if d['neon']:
for cont in range(6,2, -1):
v_line1, = ax3.plot([],[], lw=2*cont, color=v_line.get_color(), zorder=5,
alpha=0.1)
l.append(v_line1)
v_lines.append(l)
#On ajuste la taille des subplots pour que l'écran soit rempli
fig.tight_layout()
#fig.subplots_adjust(hspace=0, wspace=0), en commentaire car ça ne change rien
return fig,ax0,ax1,ax2,ax3,cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines
#---------------------------------------------------------------------------
#Fonctions utilitaires, pour gérer les listes de listes
def flatten(l):
return [item for sublist in l for item in sublist]
def concatenate_and_flatten(l):
return flatten([flatten(item) for item in l])
def concatenate(l1,l2):
return [item for sublist in [l1,l2] for item in sublist]
#---------------------------------------------------------------------------
#Fonction d'initialisation
def init_all():
#On initialise les lignes
for line in pendulum_lines:
for i in range(len(line)):
line[i].set_data([], [])
for line in phase_lines:
for i in range(len(line)):
line[i].set_data([], [])
for line in perm_phase_lines:
for i in range(len(line)):
line[i].set_data([], [])
for line in ec_lines:
for i in range(len(line)):
line[i].set_data([], [])
for line in ep_lines:
for i in range(len(line)):
line[i].set_data([], [])
for line in v_lines:
for i in range(len(line)):
line[i].set_data([], [])
#On initialise les cercles
#Pas implémenté pour l'instant, mais on peut le faire si on veut, mais jsp si c'est utile
return concatenate_and_flatten([cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines])
#Fonction d'animation
def animate_all(i):
global paused, retard, started,just_started
line_length = d['line_length']
if just_started:
retard = i
just_started = False
return init_all()
#print("started:",started)
#print("paused:",paused)
if paused:
retard += 1 #on ajoute du retard à l'animation pendant quelle est en pause, si on ne le fait pas l'animation "saute" quand on la réactive
return concatenate_and_flatten([cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines])
i -= retard #on retire le retard à la frame actuelle
frames = len(sols[0][:,0])
#d'ailleurs, remarquez qu'on écrit jamais sols[i], mais toujours avec un modulo (le nombre de frames)
#comme ça, l'animation peut "tourner" en boucle
#Bon on commence à dessiner, là ça devient sérieux
#on commence par les lignes de phases permanentes
'''
for j in range(len(perm_phase_lines)):
for k in range(len(perm_phase_lines[0])):
if j % 2== 0:
perm_phase_lines[j][k].set_data(sols_perm[j][:, 0],sols_perm[j][:, 1])
else:
perm_phase_lines[j][k].set_data(-sols_perm[j-1][:,0],sols_perm[j-1][:, 1])
'''
#puis on fait le reste
for j in range(len(omegas)):
# Ax0: le pendule
#On définit/calcule les coordonnées du pendule
x1 = d['length']*np.sin(sols[j][:, 0])
y1 = -d['length']*np.cos(sols[j][:, 0])
#On dessine les lignes
#Notez que le -p, permet de créer un effet de trainée
for p in range(len(pendulum_lines[j])):
thisx = [0, x1[(i-p)%frames]]
thisy = [0, y1[(i-p)%frames]]
pendulum_lines[j][p].set_data(thisx, thisy)
#On dessine les cercles, on s'en fiche un peu pour être honnête
circles[j][0].set_center((x1[i%frames],y1[i%frames]))
#Ax1: le portrait de phase
#On dessine les lignes du portrait de phase
for k in range(len(phase_lines[0])):
phase_lines[j][k].set_data(sols[j][(i-line_length-k)%frames:i%frames, 0],sols[j][(i-line_length-k)%frames:i%frames, 1])
#Ax2: l'énergie
#On dessine les courbes d'énergie cinétique et potentielle
for k in range(len(ec_lines[0])):
ec_lines[j][k].set_data(t[0:i%frames],ec_s[j][0:i%frames])
ep_lines[j][k].set_data(t[0:i%frames],ep_s[j][0:i%frames]) #(i-line_length-k)%frames
#Ax3: la vitesse
for k in range(len(v_lines[0])):
v_lines[j][k].set_data(t[0:i%frames],v_angs[j][0:i%frames])
return concatenate_and_flatten([cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines])
#---------------------------------------------------------------------------
def run_calculations():
global frame,root,canvas,d,omegas,paused,started,sols_perm,sols,thetas,v_angs,ec_s,ep_s,nb_pend_str,grav_str,borne0_str,borne1_str,temps_str,frottement_str,axes_int,neon_int,fig,ax0,ax1,ax2,ax3,cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines,canvas,anim,retard,just_started #on utilise des variables globales, pour pouvoir les réutiliser plus tard
sols = []
thetas = []
v_angs = []
ec_s = []
ep_s = []
if int(nb_pend_str.get()) <= 1:
omegas =[int(borne0_str.get())]
else:
omegas = np.linspace(int(borne0_str.get()),int(borne1_str.get()),int(nb_pend_str.get()))
for omega0 in omegas:
#print(f"Doing {omega0}")
d = initiate_simulation(length=1,mass=0.1,theta0=0,omega0=omega0,nb_points = int(temps_str.get())*20,fin=int(temps_str.get()),g=float(grav_str.get()),lbd=float(frottement_str.get()),neon=bool(neon_int.get()),axes=bool(axes_int.get()))
t, sol = find_solution(d)
sols.append(sol)
theta, v_ang = sol[:,0], sol[:,1]
thetas.append(theta)
v_angs.append(v_ang)
ec,ep = find_energie(sol,d)
ec_s.append(ec)
ep_s.append(ep)
#On crée les plots, et on récupère les objets qui nous intéressent
#frame.destroy()
#frame = Frame(root)
#frame.grid(row=3,column=0,columnspan=11)
for widget in frame.winfo_children():
widget.destroy()
#canvas.destroy()
fig,ax0,ax1,ax2,ax3,cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines = plot_all(d,omegas)
#On crée le canvas dans lequel on va afficher les plots
canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=frame)
canvas.draw()
canvas.get_tk_widget().pack()#grid(row=3,column=0,columnspan=11)#.pack(side=tk.BOTTOM, fill=tk.BOTH, expand=1)
#On execute l'animation
anim = animation.FuncAnimation(fig, animate_all, init_func=init_all,frames=len(t), interval=1,blit=True)
#fig,ax0,ax1,ax2,ax3,cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines = update_all(d,omegas,fig,ax0,ax1,ax2,ax3,ec_s,ep_s,v_angs)
#init_all()
paused = False
started = True
just_started = True
#anim.save('pendulum.gif', writer='imagemagick', fps=60)
def start():
global paused,started,button_start
#button_pause.configure(text="Pause")
run_calculations()
#Fonction pour mettre en pause/démarrer l'animation
def pause():
global paused, retard, button_pause, started
if started:
if paused:
button_pause.configure(text="Pause")
else:
button_pause.configure(text="Resume")
paused = not paused
#Bon ça rigole plus, on commence à EXECUTER
if __name__ == "__main__":
#On définit des variables globales, qui vont être utiles à la simulation
paused = True
retard = 0
started = False
just_started = True
#On crée la fenêtre
root = tk.Tk()
#On la met en plein écran
root.attributes("-fullscreen", True)
#On lui ajoute un titre (pas très utile puisque la fenêtre est en plein écran, mais on sait jamais)
root.title("Pendulum")
#On change la couleur de fond
root.configure(bg='black')
# Cursor
root.config(cursor="dot")
#On définit la grille
#root.columnconfigure(0,weight=0.5)
root.rowconfigure(3,weight=9)
#On calcule les solutions au problème (au préalable)
sols = []
thetas = []
v_angs = []
ec_s = []
ep_s = []
omegas = np.linspace(0,6,20)
for omega0 in omegas:
#print(f"Doing {omega0}")
d = initiate_simulation(1,0.03,0,omega0,nb_points = 200,fin=10)
t, sol = find_solution(d)
sols.append(sol)
theta, v_ang = sol[:,0], sol[:,1]
thetas.append(theta)
v_angs.append(v_ang)
ec,ep = find_energie(sol,d)
ec_s.append(ec)
ep_s.append(ep)
sols_perm = []
omegas_perm = np.linspace(-12,12,20)
for omega0 in omegas_perm:
d = initiate_simulation(1,0.03,0,omega0,nb_points = 200,fin=10,lbd=0)
t, sol = find_solution(d)
sols_perm.append(sol)
#On modifie la taille de la fenêtre
root.geometry("1440x900")
root.resizable(False, False)
#On ajoute le reste de l'interface graphique
LabelSettings = {'font':("Arial", 20),'bg':"Black",'fg':"ghostwhite",'padx':5, 'pady':5}
#textBox.insert(0, "This is the default text")
#nombre de pendules
label_str_nb_pend=StringVar()
label_str_nb_pend.set("Nombre de pendules")
label_nb_pend=Label(root, textvariable=label_str_nb_pend)
label_nb_pend.grid(row=0,column=0 )
label_nb_pend.config(**LabelSettings)
nb_pend_str=StringVar()
nb_pend_str.set("6")
entry_nb_pend=Entry(root,textvariable=nb_pend_str,width=5,bg="white",fg="black",bd=0)
entry_nb_pend.grid(row=0,column=1)
#gravité
label__str_grav=StringVar()
label__str_grav.set("Gravité")
label_grav=Label(root, textvariable=label__str_grav)
label_grav.grid(row=1,column=0 )
label_grav.config(**LabelSettings)
grav_str=StringVar()
grav_str.set("9.8")
entry_grav=Entry(root,textvariable=grav_str,width=5,bd=0)
entry_grav.grid(row=1,column=1 )
#borne_min_omega0
label__str_borne0=StringVar()
label__str_borne0.set("Borne min")
label_borne0=Label(root, textvariable=label__str_borne0)
label_borne0.grid(row=0,column=2 )
label_borne0.config(**LabelSettings)
borne0_str=StringVar()
borne0_str.set("-5")
entry_borne0=Entry(root,textvariable=borne0_str,width=5,bd=0)
entry_borne0.grid(row=0,column=3 )
#borne_max_omega0
label__str_borne1=StringVar()
label__str_borne1.set("Borne max")
label_borne1=Label(root, textvariable=label__str_borne1)
label_borne1.grid(row=1,column=2 )
label_borne1.config(**LabelSettings)
borne1_str=StringVar()
borne1_str.set("6")
entry_borne1=Entry(root,textvariable=borne1_str,width=5,bd=0)
entry_borne1.grid(row=1,column=3 )
#temps
label__str_temps=StringVar()
label__str_temps.set("Durée")
label_temps=Label(root, textvariable=label__str_temps)
label_temps.grid(row=0,column=5 )
label_temps.config(**LabelSettings)
temps_str=StringVar()
temps_str.set("10")
entry_temps=Entry(root,textvariable=temps_str,width=5,bd=0)
entry_temps.grid(row=0,column=6 )
#frottement
label__str_frottement=StringVar()
label__str_frottement.set("Frottement")
label_frottement=Label(root, textvariable=label__str_frottement)
label_frottement.grid(row=1,column=5 )
label_frottement.config(**LabelSettings)
frottement_str=StringVar()
frottement_str.set("0.05")
entry_frottement=Entry(root,textvariable=frottement_str,width=5,bd=0)
entry_frottement.grid(row=1,column=6 )
#grille
axes_int = tk.IntVar()
checkbutton_grille = tk.Checkbutton(root, text='axes',variable=axes_int, onvalue=1, offvalue=0)
checkbutton_grille.config(**LabelSettings)
checkbutton_grille.grid(row=0,column=8 )
#néon
neon_int = tk.IntVar()
checkbutton_neon = tk.Checkbutton(root, text='neon',variable=neon_int, onvalue=1, offvalue=0)
checkbutton_neon.config(**LabelSettings)
checkbutton_neon.grid(row=1,column=8 )
button_start = tk.Button(master=root, text="Start", command=start,width=10,bg='red',bd=0,height=2)
button_start.grid(row=0,column=9 )#.pack(side=tk.TOP)
button_pause = tk.Button(master=root, text="Pause", command=pause,width=10,bd=0,height=2)
button_pause.grid(row=1,column=9 )#.pack(side=tk.TOP)
d = initiate_simulation(length=1,mass=0.1,theta0=0,omega0=0,nb_points = 200,fin=int(temps_str.get()),g=float(grav_str.get()),lbd=float(frottement_str.get()),neon=bool(neon_int.get()),axes=bool(axes_int.get()))
#On crée les plots, et on récupère les objets qui nous intéressent
fig,ax0,ax1,ax2,ax3,cercle_origine,pendulum_lines,circles,phase_lines,perm_phase_lines,ec_lines,ep_lines,v_lines = plot_all(d,omegas)
frame = Frame(root,bg="black")
frame.grid(row=3,column=0,columnspan=11)
#On crée le canvas dans lequel on va afficher les plots
canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=frame)
canvas.draw()
canvas.get_tk_widget().pack()#grid(row=3,column=0,columnspan=11)#.pack(side=tk.BOTTOM, fill=tk.BOTH, expand=1)
#On execute l'animation
anim = animation.FuncAnimation(fig, animate_all, init_func=init_all,frames=range(1, len(sols[0])), interval=(d['fin']-d['debut'])*d['nb_points'],blit=True)
#anim.save('pendulum.gif', writer='imagemagick', fps=60)
#On lance enfin la boucle principale de l'interface graphique
tk.mainloop()