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diff --git a/src/sims/dynamics/Body.scala b/src/sims/dynamics/Body.scala new file mode 100644 index 0000000..d5b2a0e --- /dev/null +++ b/src/sims/dynamics/Body.scala @@ -0,0 +1,143 @@ +/* + * Simple Mechanics Simulator (SiMS) + * copyright (c) 2009 Jakob Odersky + * made available under the MIT License +*/ + +package sims.dynamics + +import sims.geometry._ +import sims.dynamics.joints._ + +/**Ein 2-Dimensionaler Koerper besteht aus mehreren Formen. Im gegensatz zu letzteren, enthaelt ein Koerper dynamische Informationen (v, F, etc...). + * @param shps zu dem Koerper gehoerende Formen.*/ +class Body(shps: Shape*){ + + /**Einzigartige Identifikationsnummer dieses Koerpers.*/ + val uid = Body.nextUid + + /**Formen aus denen dieser Koerper besteht.*/ + val shapes: List[Shape] = shps.toList + + //Formen werden bei Initialisierung eingefuegt + for (s <- shapes) { + s.body = this + s.refLocalPos = s.pos - pos + s.rotation0 = s.rotation + } + + private var isFixed: Boolean = false + + /**Gibt an ob dieser Koerper fixiert ist.*/ + def fixed = isFixed + + /**Fixiert oder unfixiert diesen Koerper.*/ + def fixed_=(value: Boolean) = { + if (value) {linearVelocity = Vector2D.Null; angularVelocity = 0.0} + isFixed = value + } + + /**Gibt an ob die Eigenschaften dieses Koerpers ueberwacht werden sollen. + * @see World#monitors*/ + var monitor: Boolean = false + + /**Ermittelt die Position dieses Koerpers. Die Position entspricht dem Schwerpunkt. + * @return Position dieses Koerpers*/ + def pos: Vector2D = // Shwerpunkt = sum(pos*mass)/M + (Vector2D.Null /: shapes)((v: Vector2D, s: Shape) => v + s.pos * s.mass) / + (0.0 /: shapes)((i: Double, s: Shape) => i + s.mass) + + /**Setzt die Position dieses Koerpers und verschiebt dadurch die Positionen seiner Formen. + * @param newPos neue Position*/ + def pos_=(newPos: Vector2D) = { + val stepPos = pos + shapes.foreach((s: Shape) => s.pos = s.pos - stepPos + newPos) + } + + /**Enthaelt die aktuelle Rotation dieses Koerpers.*/ + private var _rotation: Double = 0.0 //shapes(0).rotation + + /**Ergibt die aktuelle Rotation dieses Koerpers. + * @return aktuelle Rotation dieses Koerpers*/ + def rotation: Double = _rotation + + /**Setzt die Rotation dieses Koerpers. Dazu werden auch die Positionen und Rotationen seiner Formen entsprechend veraendert. + * @param r neue Rotation*/ + def rotation_=(newRotation: Double) = { + _rotation = newRotation + val stepPos = pos + for (s <- shapes) { + s.rotation = newRotation + s.rotation0 + s.pos = stepPos + (s.refLocalPos rotate (newRotation)) + } + } + + /**Lineargeschwindigkeit dieses Koerpers.*/ + var linearVelocity: Vector2D = Vector2D.Null + + /**Winkelgeschwindigkeit dieses Koerpers.*/ + var angularVelocity: Double = 0 + + /**Lineargeschwindigkeit des gegebenen Punktes auf diesem Koerper. In Weltkoordinaten.*/ + def velocityOfPoint(point: Vector2D) = linearVelocity + ((point - pos).leftNormal * angularVelocity) + + /**Resultierende Kraft auf den Schwerpunkt dieses Koerpers.*/ + var force: Vector2D = Vector2D.Null + + /**Resultierender Drehmoment zu dem Schwerpunkt dieses Koerpers.*/ + var torque: Double = 0 + + /**Ergibt die Masse dieses Koerpers. Die Masse ist gleich die Summe aller Massen seiner Formen. + * @return Masse des Koerpers*/ + def mass: Double = if (fixed) Double.PositiveInfinity else (0.0 /: shapes)((i: Double, s: Shape) => i + s.mass) + + /**Ergibt den Traegheitsmoment zu dem Schwerpunkt dieses Koerpers. Der Traegheitsmoment wird mit Hilfe des Steinerschen Satzes errechnet. + * @return Traegheitsmoment relativ zu dem Schwerpunkt dieses Koerpers*/ + def I: Double = if (fixed) Double.PositiveInfinity else + (0.0 /: (for (s <- shapes) yield (s.I + s.mass * ((s.pos - pos) dot (s.pos - pos)))))(_+_) + + /**Wendet eine Kraft auf den Schwerpunkt dieses Koerpers an. + * @param force anzuwendender Kraftvektor*/ + def applyForce(force: Vector2D) = if (!fixed) this.force += force + + /**Wendet eine Kraft auf einen Punkt dieses Koerpers an. Achtung: der gegebene Punkt wird nicht auf angehoerigkeit dieses + * Koerpers ueberprueft. + * @param force anzuwendender Kraftvektor + * @param point Ortsvektor des Punktes auf den die Kraft wirken soll (gegeben in Weltkoordinaten).*/ + def applyForce(force: Vector2D, point: Vector2D) = if (!fixed) {this.force += force; torque += (point - pos) cross force} + + /**Wendet einen Impuls auf den Schwerpunkt dieses Koerpers an. + * @param impulse anzuwendender Impulsvektor*/ + def applyImpulse(impulse: Vector2D) = if (!fixed) linearVelocity += impulse / mass + + /**Wendet einen Impuls auf einen Punkt dieses Koerpers an. Achtung: der gegebene Punkt wird nicht auf angehoerigkeit dieses + * Koerpers ueberprueft. + * @param impulse anzuwendender Impulsvektor + * @param point Ortsvektor des Punktes auf den der Impuls wirken soll (gegeben in Weltkoordinaten).*/ + def applyImpulse(impulse: Vector2D, point: Vector2D) = if (!fixed) {linearVelocity += impulse / mass; angularVelocity += ((point - pos) cross impulse) / I} + + /**Ueberprueft ob der gegebene Punkt <code>point</code> sich in diesem Koerper befindet.*/ + def contains(point: Vector2D) = shapes.exists(_.contains(point)) + + override def toString: String = { + "Body" + uid + " " + shapes + " fixed=" + fixed + " m=" + mass + " I=" + I + " pos=" + pos + " rot=" + rotation + " v=" + linearVelocity + " w=" + angularVelocity + " F=" + force + " tau=" + torque + } + + /**Erstellt einen neuen Koerper der zusaetzlich die Form <code>s</code> enthaelt. + * @param s zusaetzliche Form + * @return neuer Koerper*/ + def ^(s: Shape) = new Body((s :: shapes): _*) + + /**Erstellt einen neuen Koerper der zusaetzlich die Formen von dem Koerper <code>b</code> enthaelt. + * @param b Koerper mit zusaetzlichen Formen + * @return neuer Koerper*/ + def ^(b: Body) = { + val shapes = this.shapes ::: b.shapes + new Body(shapes: _*) + } +} + +object Body { + private var uidCounter = -1 + private def nextUid = {uidCounter += 1; uidCounter} +}
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