Informatik: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung.
Released by matroid on So. 18. November 2012 13:13:06 [Statistics]
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Informatik

\(\begingroup\) Seit einiger Zeit beschäftige ich mich mit kinematischen Simulationen. Ein sehr einfaches Modell ist die Murmelbahn, weil die beweglichen Objekte allesamt Radius=1 und Masse=1 haben. In dem Raytracing Programm POV-Ray habe ich eine ideales Werkzeug gefunden, weil es zum einem schöne Bilder und Filme erzeugt und zum anderen in der Definitionssprache alles mitbringt, was man für Solche Simulationen braucht. Die Ergebnisse und die mathematischen Hintergründe sind auf http://www.alzinger.de/cms5/robert/raytracing/marble-machine-in-povray.html zu sehen. Die Murmeln

Kollisionsberechnung

Die gesamte Murmelbahn wird aus geometrischen Grundobjekten aufgebaut und ist als ein Objekt in einer Variable (Murmelbahn=......) abgelegt. Vom Mittelpunkt einer jeden Kugel (Murmel) werden Vektoren in alle Richtungen gezogen. Für jeden Vektor wird der Kollisionspunkt mit "Murmelbahn" berechnet. Liegt eine Kollisionspunkt innerhalb einer Kugel, wird der Eindringvektor zum Geschwindigkeitsvektor der Kugel addiert... und ab geht die Luzie. Außerdem bekommt jede Murmel den Vektor <0,-0.1,0> (Geschwindigkeitsaddition 0.1mm nach unten) aufgeschlagen. Nachfolgendes Video veranschaulicht das Ergebnis: Youtube-Video schusserbahn collision

Die Murmeln

Um den Film etwas lebendiger zu gestalten, habe ich mehrere verschiedene Murmeln programmiert. Alle Objekte sind aus den geometrischen Grundobjekten sphere, box, cylinder und cone aufgebaut. Diese Objekte können mit den Funktionen Funktion Beschreibung ------------------------------------- union Vereinigung difference zweite Objekt aus erstem heraus schneiden. intersection Schnittmenge aus zwei Objekten kombiniert werden. Bildbeschreibung Beispiele und Quelltext auf http://www.alzinger.de/cms5/robert/raytracing/marble-machine-in-povray/marble-machine-making-of-1.html

Definition der Bahnelemente

Wie auch die Kugeln, sind die Bahnelemente aus einfachen geometrischen Objekten aufgebaut. Einfaches Beispiel: Ein Stück 180° Kurvenrinne besteht aus einem liegenden Torus (Ring) aus dem das innere mit einer zweiten dünneren Ring herausgeschnitten wurde. Abschließend wird die obere Hälfte der so einstanden Röhre durch Subtraktion mit einem Würfel abgeschnitten. Jetzt haben wir eine Kreisbahn von der mit einem zweiten Würfel eine Hälfte weggeschnitten wird. Der POV-Ray Quelltext: #macro kurfen_rinne(rad,rad_rin) difference{ torus { rad,rad_rin+0.1 } torus { rad,rad_rin } box {<-2*rad,0,-2*rad>,<2*rad,2*rad,2*rad>} box {<-2*rad,-2*rad,0>,<2*rad,2*rad,2*rad>} texture { DMFWood5 finish {diffuse 0.9 phong 0.8} scale 4 } } #end Bahnelemente

Weblinks

Homepage POV-Ray: http://www.povray.org/ Download der neusten beta Software: http://www.povray.org/beta/ Definition der Bahnelemente: http://www.alzinger.de/cms5/robert/raytracing/marble-machine-in-povray/marble-machine-making-of-2.html Definition der Kugelbeförderungsrades: http://www.alzinger.de/cms5/robert/raytracing/marble-machine-in-povray/marble-machine-making-of-3.html

Erzeugung des Videos aus Einzelbildern

Ein häufig gestellte Frage ist "Wie wird aus Einzelbildern ein Film?". Dafür gibt es eine PD-Lösung: VirtualDub http://www.virtualdub.org POV_Ray erzeut im Video Mode n PNG-files die mit <scene_name>nnnnn.png durchnummeriert sind. Im VirtualDub kann man dann mit File | Open video file... das erste Bild laden und mit Video | Frame Rate.... die Bildrate auf 30 setzen. Anschließend kann man noch den H.264/MPEG-4 AVC codec zur Kompression verwenden. Die Standarteinstellungen des Codecs liefern gute Ergebnisse. Lediglich "VirtualDub Hack" selektieren ist sinnvoll. http://sourceforge.net/projects/x264vfw/files/ Letzter Schritt ist dann ein File | Save as AVI und es entsteht auf der Platte eine H.264 kodierte AVI- Datei.
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Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung. [von riesenbaer]  
Seit einiger Zeit beschäftige ich mich mit kinematischen Simulationen. Ein sehr einfaches Modell ist die Murmelbahn, weil die beweglichen Objekte allesamt Radius=1 und Masse=1 haben. In dem Raytracing Programm POV-Ray habe ich eine ideales Werkzeug gefunden, weil es zum einem schöne Bilder und F
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"Informatik: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung." | 5 Comments
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Re: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung.
von: Ex_Mitglied_40174 am: So. 18. November 2012 20:41:04
\(\begingroup\)hi, abgesehen davon, dass Dein Projekt sehr schoen umgesetzt ist, haette ich mir doch gewuenscht etwas mehr Details zu erfahren. Artikel nach dem Motto "look what i can do" sind nicht sehr nuetzlich, man lernt nichts daraus. Vielleicht kannst Du ja noch ein paar Kommentare dazu einfuegen, wie das Projekt zustandegekommen ist? Oder ein paar Details zu den notwendigen Berechnungen... gruss, PK\(\endgroup\)
 

Re: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung.
von: riesenbaer am: So. 18. November 2012 21:11:50
\(\begingroup\)Hi, Gib mir bitte noch etwas Zeit. Ich schreibe gerade an weiteren Absätzen. Bahndefinition und Weblinks sind gerade im Genehmigungslauf. Die Kollisionsberechnung der Kugeln folgt demnächst. Gruss, riesenbaer.\(\endgroup\)
 

Re: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung.
von: matroid am: Mo. 19. November 2012 11:08:57
\(\begingroup\) Ich habe mir ein paar der Videos angesehen und bin beeindruckt. Viele Grüße Matroid\(\endgroup\)
 

Re: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung.
von: viertel am: So. 25. November 2012 23:30:03
\(\begingroup\)WOW 😮 Ich habe ja auch schon viele Bilder hier mit PovRay erstellt, sogar kleinere Animationen. Aber so ein Projekt: Hut ab! Womit hast du aus den Einzelbildern den Film erstellt? Da suche ich nämlich schon eine ganze Weile nach etwas Vernünftigem. Gruß vom ¼\(\endgroup\)
 

Re: Virtuelle Murmelbahn mit Kollisionsberechnung.
von: Ende am: Mo. 17. Dezember 2012 17:21:43
\(\begingroup\)Wirklich sehr huebsch gemacht! @0.25: Auf der Video-Seite erwaehnt er kurz, dass er VirtualDub zum Zusammenkleben der gerenderten Frames benutzt hat.\(\endgroup\)
 

 
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