波の干渉（線上の正弦波）のアニメーション表示

coding UTF-8;        // 文字コードの明示（文字化け予防）
import Math;         // 数学関数の使用に必要なライブラリの読み込み
import GUI;          // GUI画面の構築に必要なライブラリの読み込み
import tool.Graph2D; // 2次元グラフ描画に必要なライブラリの読み込み


// 以下、波のパラメータを格納する変数
double amplitudeA = 1.0;   // 波Aの振幅（A）
double amplitudeB = 1.0;   // 波Bの振幅（A）
double wavelengthA = 0.35; // 波Aの波長（λ）
double wavelengthB = 0.4;  // 波Bの波長（λ）
double periodA = 1.0;      // 波Aの周期（T）
double periodB = 0.5;      // 波Bの周期（T）

// グラフ範囲や点数、時間刻みなどの設定変数
const int N = 1024;          // グラフの点数（細かいほど滑らか）
const double X_MIN = 0.0;    // グラフのX軸の最小値
const double X_MAX = 4.0;    // グラフのX軸の最大値
const double Y_MIN = -2.0;   // グラフのY軸の最小値
const double Y_MAX = 2.0;    // グラフのY軸の最大値
const double DT = 0.05;      // 1ループごとの時間進行量（speed=1.0の時の値）
const double DX = (X_MAX - X_MIN) / N; // 1頂点ごとのX軸進行量

// グラフに波のデータを渡すための座標値配列
double waveX[ 3 ][ N ];  // X座標の配列 / 波A,波B,合成波の合計3系列 × 座標点数
double waveY[ 3 ][ N ];  // Y座標の配列 / 波A,波B,合成波の合計3系列 × 座標点数

// GUI（設定画面）用の変数
int window;            // ウィンドウのIDを格納する
int periodSliderA;     // 波Aの周期設定スライダーのIDを格納する
int periodSliderB;     // 波Bの周期設定スライダーのIDを格納する
int wavelengthSliderA; // 波Aの波長設定スライダーのIDを格納する
int wavelengthSliderB; // 波Bの波長設定スライダーのIDを格納する
int amplitudeSliderA;  // 波Aの振幅設定スライダーのIDを格納する
int amplitudeSliderB;  // 波Bの振幅設定スライダーのIDを格納する
int speedSlider;       // アニメーション速度スライダーのIDを格納する
int infoLabelA;        // 波Aの設定値を表示するラベルのIDを格納する
int infoLabelB;        // 波Bの設定値を表示するラベルのIDを格納する
int timeLabel;         // 時刻表示ラベルのIDを格納する
int resetButton;       // 時刻リセットボタンのIDを格納する

// その他の制御用変数
float speed = 0.5;         // アニメーション速度
int graph;                 // グラフソフトのIDを格納する
bool continuesLoop = true; // アニメーションON/OFF制御変数
double t;                  // 時刻変数


// ==================================================
// 中心的な処理 - この関数は起動時に自動で実行されます
// ==================================================

void main( ){
	
	// 波のパラメータの初期値を数値で入力するか尋ね、必要なら入力して設定
	inputParameters();
	
	// グラフを起動
	createGraphWindow();
	
	// GUI（設定画面）を構築
	createSettingWindow();
	
	t = 0.0; // 時刻を0に設定
	
	// アニメーションのループ
	while( continuesLoop ) {
		
		// グラフのタイトルに時刻を表示する
		string roundedTime = round(t, 1, HALF_UP); // 時刻を小数点以下1桁に丸める
		setGraph2DTitle(graph, "t = " + roundedTime); // タイトルを「 t = 時刻 」に設定
		
		// グラフソフトに渡す点列データの座標を計算
		for( int i=0; i<N; i++ ) {
			
			double x = X_MIN + i * DX; // i番目の点のx座標値
			
			// 波A
			waveX[ 0 ][ i ] = x;
			waveY[ 0 ][ i ] = amplitudeA * sin( 2.0 * PI * ( t/periodA - x/wavelengthA ) );
			
			// 波B
			waveX[ 1 ][ i ] = x;
			waveY[ 1 ][ i ] = amplitudeB * sin( 2.0 * PI * ( t/periodB - x/wavelengthB ) );
			
			// 合成波
			waveX[ 2 ][ i ] = x;
			waveY[ 2 ][ i ] = waveY[ 0 ][ i ] + waveY[ 1 ][ i ];
		}
		
		// グラフソフトにデータを転送
		setGraph2DData( graph, waveX, waveY );
		
		// 時刻を加算（アニメーション速度をかけて変化のスピードを調整）
		t += DT * speed;
		
		// アニメーションウェイト（30ミリ秒待つ）
		sleep( 30 );
	}
	
	exit(); // アニメーションループを脱出すると実行終了
}


// ==================================================
// 起動時に波のパラメータの初期値を訪ねて入力する関数
// ==================================================

void inputParameters() {
	if ( confirm("波のパラメータを数値で入力しますか？") ) {
		
		amplitudeA = input("波Aの振幅=", amplitudeA);
		amplitudeB = input("波Bの振幅=", amplitudeB);
		wavelengthA = input("波Aの波長=", wavelengthA);
		wavelengthB = input("波Bの波長=", wavelengthB);
		periodA = input("波Aの周期=", periodA);
		periodB = input("波Aの周期=", periodB);
		
	}
}


// ==================================================
// グラフソフトを起動して設定を行う関数
// ==================================================

void createGraphWindow() {

	// 2Dグラフソフトを起動
	graph = newGraph2D( 0, 0, 800, 600, "Graph Window" );
	
	// 範囲の自動調整機能を無効化し、手動で範囲を指定
	setGraph2DAutoRange( graph, false, false );
	setGraph2DRange( graph, X_MIN, X_MAX, Y_MIN, Y_MAX );
	
	// 線の幅などが記載されている設定ファイルを読み込む
	setGraph2DConfigurationFile(graph, "./RinearnGraph2DSetting.ini");
	
	// プロットオプションを設定
	setGraph2DOption(graph, "WITH_POINTS", false);
	setGraph2DOption(graph, "WITH_LINES", true);
	
	// 背景色を白に設定
	setGraph2DBackgroundColor( graph, 255, 255, 255, 255 );
	
	// タイトルや座標軸ラベルの設定
	setGraph2DLabel( graph, "x", "2つの正弦波(赤,青)と合成波(緑)" );
}


// ==================================================
// 設定画面を構築する関数
// ==================================================

void createSettingWindow() {

	// ウィンドウの生成
	window = newWindow( 0, 600, 800, 230, "Setting Window" );
	
	// 時刻表示ラベルを生成して配置
	timeLabel = newTextLabel( 10, 10, 200, 20, "" );
	mountComponent( timeLabel, window );
	
	// スライダーの左に振幅、周期、波長のラベルを生成して配置
	int amplitudeLabel = newTextLabel( 45, 40, 100, 15, "A  振幅 (0〜1)" );
	mountComponent( amplitudeLabel, window );
	int omegaLabel = newTextLabel( 45, 60, 100, 15, "T  周期 (0.2〜5)" );
	mountComponent( omegaLabel, window );
	int lambdaLabel = newTextLabel( 45, 80, 100, 15, "λ  波長 (0.1〜4)" );
	mountComponent( lambdaLabel, window );
	
	// 振幅スライダー（範囲0.0〜1.0）を生成して配置
	amplitudeSliderA = newHorizontalSlider( 150, 40, 300, 20, amplitudeA, 0.0, 1.0 );
	amplitudeSliderB = newHorizontalSlider( 450, 40, 300, 20, amplitudeB, 0.0, 1.0 );
	mountComponent( amplitudeSliderA, window );
	mountComponent( amplitudeSliderB, window );
	
	// 周期スライダー（範囲0.2〜5.0）を生成して配置
	periodSliderA = newHorizontalSlider( 150, 60, 300, 20, periodA, 0.2, 5.0 );
	periodSliderB = newHorizontalSlider( 450, 60, 300, 20, periodB, 0.2, 5.0 );
	mountComponent( periodSliderA, window );
	mountComponent( periodSliderB, window );
	
	// 波長スライダー（範囲0.1〜4.0）を生成して配置
	wavelengthSliderA = newHorizontalSlider( 150, 80, 300, 20, wavelengthA, 0.1, 4.0 );
	wavelengthSliderB = newHorizontalSlider( 450, 80, 300, 20, wavelengthB, 0.1, 4.0 );
	mountComponent( wavelengthSliderA, window );
	mountComponent( wavelengthSliderB, window );
	
	// スライダー値を表示するラベルを生成して配置
	infoLabelA = newTextLabel( 155, 100, 300, 20, "" );	
	infoLabelB = newTextLabel( 455, 100, 300, 20, "" );	
	mountComponent( infoLabelA, window );
	mountComponent( infoLabelB, window );
	updateInfoLabel();
	
	// 波Aと波Bの列を表すラベルを生成して配置
	int columnLabelA = newTextLabel(280, 15, 200, 20, "波A");
	int columnLabelB = newTextLabel(580, 15, 200, 20, "波B");
	mountComponent( columnLabelA, window );
	mountComponent( columnLabelB, window );
	
	// アニメーション速度のラベルと調整スライダーを生成して配置
	int speedLabel = newTextLabel( 10, 140, 140, 15, "アニメーション速度" );
	mountComponent( speedLabel, window );
	speedSlider = newHorizontalSlider( 150, 140, 400, 20, speed, 0.0, 1.0 );
	mountComponent( speedSlider, window );
	
	// 時刻リセットボタンを生成して配置
	resetButton = newButton(600, 125, 150, 40, "時刻をリセット");
	mountComponent( resetButton, window );
	
	// 配置後にウィンドウを描画して表示内容を更新
	paintComponent( window );
}


// ==================================================
// スライダー値を表示するラベルの内容を更新する関数
// ==================================================

void updateInfoLabel() {
	string infoTextA
		= "( A="
		+ round(amplitudeA, 3, HALF_UP) // 振幅を小数点以下3桁に丸める
		+ ", λ="
		+ round(wavelengthA, 3, HALF_UP) // 波長を小数点以下3桁に丸める
		+ ", T="
		+ round(periodA, 3, HALF_UP) // 周期を小数点以下3桁に丸める
		+ ")";
	
	string infoTextB
		= "( A="
		+ round(amplitudeB, 3, HALF_UP) // 振幅を小数点以下3桁に丸める
		+ ", λ="
		+ round(wavelengthB, 3, HALF_UP) // 波長を小数点以下3桁に丸める
		+ ", T="
		+ round(periodB, 3, HALF_UP) // 周期を小数点以下3桁に丸める
		+ ")";
	
	setComponentString(infoLabelA, infoTextA);
	setComponentString(infoLabelB, infoTextB);
	paintComponent(infoLabelA);
	paintComponent(infoLabelB);
	paintComponent(window);
}


// ==================================================
// スライダーが動いた際に呼ばれる関数（イベントハンドラ）
// ==================================================

void onSliderMove(int id, float value) {
	
	// 以下、スライダーに対応するグローバル変数に値を設定
	
	if(id == amplitudeSliderA) {
		amplitudeA = value;
	}
	
	if(id == amplitudeSliderB) {
		amplitudeB = value;
	}
	
	if(id == periodSliderA) {
		periodA = value;
	}
	
	if(id == periodSliderB) {
		periodB = value;
	}
	
	if(id == wavelengthSliderA) {
		wavelengthA = value;
	}
	
	if(id == wavelengthSliderB) {
		wavelengthB = value;
	}
	
	if (id == speedSlider) {
		speed = value;
	}
	
	updateInfoLabel();
}


// ==================================================
// ボタンを押した際に呼ばれる関数（イベントハンドラ）
// ==================================================

void onButtonClick(int id) {
	
	// 時刻リセットボタンが押されたら時刻変数 t をリセット
	if (id == resetButton) {
		t = 0.0;
	}
}


// ==================================================
// ウィンドウを閉じた際に呼ばれる関数（イベントハンドラ）
// ==================================================

void onWindowClose(int id) {
	
	// アニメーションループを脱出して終了
	continuesLoop = false;
}


// ==================================================
// グラフ画面を閉じた際に呼ばれる関数（イベントハンドラ）
// ==================================================

void onGraph2DClose(int id) {
	
	// アニメーションループを脱出して終了
	continuesLoop = false;
}

// グラフに波のデータを渡すための座標値配列
double waveX[ 3 ][ N ];  // X座標の配列 / 波A,波B,合成波の合計3系列 × 座標点数
double waveY[ 3 ][ N ];  // Y座標の配列 / 波A,波B,合成波の合計3系列 × 座標点数

		// グラフソフトに渡す点列データの座標を計算
		for( int i=0; i<N; i++ ) {
			
			double x = X_MIN + i * DX; // i番目の点のx座標値
			
			// 波A
			waveX[ 0 ][ i ] = x;
			waveY[ 0 ][ i ] = amplitudeA * sin( 2.0 * PI * ( t/periodA - x/wavelengthA ) );
			
			// 波B
			waveX[ 1 ][ i ] = x;
			waveY[ 1 ][ i ] = amplitudeB * sin( 2.0 * PI * ( t/periodB - x/wavelengthB ) );
			
			// 合成波
			waveX[ 2 ][ i ] = x;
			waveY[ 2 ][ i ] = waveY[ 0 ][ i ] + waveY[ 1 ][ i ];
		}
		
		// グラフソフトにデータを転送
		setGraph2DData( graph, waveX, waveY );