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파이게임과 2D Rigid Body Simulation Library Box2D를 사용해 보자.

 

다음 명령어로 Box2D를 설치한다.

pip install box2d

 

설치중 에러가 발생한다면 SWIG를 설치하고 설치 디렉토리를 시스템 변수 Path에 등록한다.

SWIG

 

SWIG를 설치하면 에러가 발생하지 않는다.

 

추가로 box2d-kengz를 설치한다.

 

player.png
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import math
import pygame
from Box2D import *
 
pygame.init()
pygame.display.set_caption("Physics Test")
screen = pygame.display.set_mode((640480))
running = True
player = pygame.image.load("player.png").convert()
 
# World 정의
world = b2World(gravity=(09.8), doSleep=True)
 
# Ground 정의
groundBodyDef = b2BodyDef()
groundBodyDef.position = (0400)
groundBody = world.CreateBody(groundBodyDef)
groundShape = b2PolygonShape()
groundShape.SetAsBox(5000)
groundBody.CreateFixture(shape=groundShape)
#groundBody = world.CreateStaticBody(position=(0, 400), shapes=b2PolygonShape(box=(500, 0)))
# 위 정의와 동일
 
# Wall 정의
wallBodyDef = b2BodyDef()
wallBodyDef.position = (3000)
wallBody = world.CreateBody(wallBodyDef)
wallShape = b2PolygonShape()
wallShape.SetAsBox(0400)
wallBody.CreateFixture(shape=wallShape)
#wallBody = world.CreateStaticBody(position=(300, 0), shapes=b2PolygonShape(box=(0, 400)))
# 위 정의와 동일
 
# Player 정의
playerBodyDef = b2BodyDef()
playerBodyDef.type = b2_dynamicBody;
playerBodyDef.position = (00)
playerBodyDef.linearVelocity = (500)
playerBodyDef.angularVelocity = 0.2
playerBody = world.CreateBody(playerBodyDef)
playerShape = b2PolygonShape()
playerShape.SetAsBox(player.get_width()/2, player.get_height()/2)
playerFixtureDef = b2FixtureDef(shape=playerShape)
playerFixtureDef.density = 1
playerFixtureDef.friction = 0.5
playerFixtureDef.restitution = 0.7
playerBody.CreateFixture(playerFixtureDef)
#playerBody = world.CreateDynamicBody(position=(0, 0), linearVelocity=(50, 0),
#                                     angularVelocity=0.2)
#playerFixtureDef = playerBody.CreatePolygonFixture(box=(player.get_width()/2,
#                          player.get_height()/2), density=1, friction=0.5, restitution=0.7)
# 위 정의와 동일
 
timeStep = 1.0 / 300
vel_iters, pos_iters = 62
  
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
        elif event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_SPACE:
            playerBody.transform = ((00), 0)
            playerBody.linearVelocity = (500)
            playerBody.angularVelocity = 0.2
        elif event.type == pygame.KEYDOWN and event.key == pygame.K_ESCAPE:
            running = False
    
    # Instruct the world to perform a single step of simulation. It is
    # generally best to keep the time step and iterations fixed.
    world.Step(timeStep, vel_iters, pos_iters)
    # Clear applied body forces. We didn't apply any forces, but you
    # should know about this function.
    world.ClearForces()
     
    screen.fill("white")
    pygame.draw.rect(screen, "brown", (040060020)) # Ground 그리기
    pygame.draw.rect(screen, "black", (300020400)) # Wall 그리기
 
    rotated_player = pygame.transform.rotate(player, playerBody.angle * 180/math.pi)
    # Unless rotating by 90 degree increments, the image will be padded larger to hold
    # the new size. If the image has pixel alphas, the padded area will be transparent.
    # Otherwise pygame will pick a color that matches the Surface colorkey or the topleft
    # pixel value.
    screen.blit(rotated_player, (playerBody.position[0- rotated_player.get_width()/2,
                                 playerBody.position[1- rotated_player.get_height()/2))
 
    pygame.display.flip()
    
pygame.quit()
 

 

코드를 입력하고 실행한다.

 

GIF 캡쳐 과정에서 화질이 많이 떨어졌지만 강체들의 물리 반응을 확인할 수 있다.

 

pygame.transform.rotate()

rotate an image
rotate(surface, angle) -> Surface

Unfiltered counterclockwise rotation. The angle argument represents degrees and can be any floating point value. Negative angle amounts will rotate clockwise.
Unless rotating by 90 degree increments, the image will be padded larger to hold the new size. If the image has pixel alphas, the padded area will be transparent. Otherwise pygame will pick a color that matches the Surface colorkey or the topleft pixel value.

 

배경을 바꾸거나 Colorkey를 설정하면 캐릭터 주변 패딩을 없앨 수 있다.

 

아래 링크에서 GUI를 구현해 본다.

2024.01.29 - [Python] - [Pygame] Pygame GUI 파이게임 그래픽 유저 인터페이스

 

※ 참고

PyBox2D

PyBox2D Manual

 

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Posted by J-sean
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SDL과 2D Rigid Body Simulation Library Box2D를 사용해 보자.

 

아래 링크에서 Box2D를 다운로드 받고 빌드한다. (CMake를 설치하고 build.bat를 실행하면 된다)

빌드가 완료되면 비주얼 스튜디오 프로젝트를 만들고 Include, Library 디렉토리를 적당히 설정한다.

Box2D

 

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#include <iostream>
#include "SDL.h"
#include "box2d/box2d.h"
 
int main(int argc, char* argv[]) {
    SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO);
    SDL_Window* window = SDL_CreateWindow("SDL Test", SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED,
        SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, 640480, SDL_WINDOW_RESIZABLE);
    SDL_Renderer* renderer = SDL_CreateRenderer(window, -10);
    SDL_Surface* playerSurface = SDL_LoadBMP("player.bmp");
    SDL_Texture* texture = SDL_CreateTextureFromSurface(renderer, playerSurface);
 
    // World 정의
    b2Vec2 gravity(0.0f, 9.8f);
    b2World world(gravity);
 
    // Player 정의
    b2BodyDef playerBodyDef;
    playerBodyDef.type = b2_dynamicBody;
    playerBodyDef.position.Set(0.0f, 0.0f);
    playerBodyDef.linearVelocity = b2Vec2(50.0f, 0.0f);
    playerBodyDef.angularVelocity = 0.2f;
    b2Body* playerBody = world.CreateBody(&playerBodyDef);
 
    b2PolygonShape dynamicBox;
    dynamicBox.SetAsBox((float)playerSurface->/ 2, (float)playerSurface->/ 2);
 
    b2FixtureDef fixtureDef;
    fixtureDef.shape = &dynamicBox;
    fixtureDef.density = 1.0f;
    fixtureDef.friction = 0.3f;
    fixtureDef.restitution = 0.5f;
 
    playerBody->CreateFixture(&fixtureDef);
 
    // Ground 정의
    b2BodyDef groundBodyDef;
    groundBodyDef.position.Set(0.0f, 400.0f);
    b2Body* groundBody = world.CreateBody(&groundBodyDef);
 
    b2PolygonShape groundBox;
    groundBox.SetAsBox(500.0f, 0.0f);
 
    SDL_Rect groundRect = { 040050010 };
 
    groundBody->CreateFixture(&groundBox, 0.0f);
 
    // Wall 정의
    b2BodyDef wallBodyDef;
    wallBodyDef.position.Set(300.0f, 0.0f);
    b2Body* wallBody = world.CreateBody(&wallBodyDef);
 
    b2PolygonShape wallBox;
    wallBox.SetAsBox(0.0f, 480.0f);
 
    SDL_Rect wallRect = { 300010480 };
 
    wallBody->CreateFixture(&wallBox, 0.0f);
 
    float timeStep = 1.0f / 500.0f;
    int velocityIterations = 6;
    int positionIterations = 2;
 
    SDL_Event event;
    bool quit = false;
 
    while (!quit) {
        while (SDL_PollEvent(&event)) {
            switch (event.type) {
            case SDL_QUIT:
                quit = true;
                break;
            case SDL_KEYDOWN:
                printf("Key pressed: %s\n", SDL_GetKeyName(event.key.keysym.sym));
                if (event.key.keysym.sym == SDLK_SPACE) {
                    playerBody->SetTransform(b2Vec2(0.0f, 0.0f), 0.0f);
                    playerBody->SetLinearVelocity(b2Vec2(50.0f, 0.0f));
                    playerBody->SetAngularVelocity(0.2f);
                }
                if (event.key.keysym.sym == SDLK_ESCAPE)
                    quit = true;
                break;
 
            default:
                break;
            }
        }
 
        world.Step(timeStep, velocityIterations, positionIterations);
 
        SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 255255255, SDL_ALPHA_OPAQUE);
        SDL_RenderClear(renderer);
 
        // Ground 그리기
        SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 22014020, SDL_ALPHA_OPAQUE);
        SDL_RenderFillRect(renderer, &groundRect);
 
        // Wall 그리기
        SDL_SetRenderDrawColor(renderer, 646464, SDL_ALPHA_OPAQUE);
        SDL_RenderFillRect(renderer, &wallRect);
 
        // Player 그리기        
        b2Vec2 playerPosition = playerBody->GetPosition();
        SDL_Rect destRect = { (int)playerPosition.x - playerSurface->/ 2,
            (int)playerPosition.y - playerSurface->/ 2, playerSurface->w, playerSurface->h };
        SDL_RendererFlip flip = SDL_FLIP_NONE;
        float angle = playerBody->GetAngle() * (180 / (float)M_PI);
 
        //printf("%4.2f %4.2f %4.2f\n", playerPosition.x, playerPosition.y, angle);
 
        SDL_RenderCopyEx(renderer, texture, NULL&destRect, angle, NULL, flip);
        SDL_RenderPresent(renderer);
    }
 
    SDL_DestroyTexture(texture);
    SDL_FreeSurface(playerSurface);
    SDL_DestroyRenderer(renderer);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();
 
    return 0;
}
 

 

코드를 입력하고 빌드한다.

 

GIF 캡쳐 과정에서 화질이 많이 떨어졌지만 강체들의 물리 반응을 확인할 수 있다.

 

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    // Player 정의
    b2BodyDef playerBodyDef;
    playerBodyDef.type = b2_dynamicBody;
    playerBodyDef.position.Set(0.0f, 0.0f);
    playerBodyDef.linearVelocity = b2Vec2(30.0f, 0.0f);
    playerBodyDef.angularVelocity = 1.0f;
    b2Body* playerBody = world.CreateBody(&playerBodyDef);
 
    //b2PolygonShape dynamicBox;
    //dynamicBox.SetAsBox((float)playerSurface->w / 2, (float)playerSurface->h / 2);
    b2CircleShape dynamicBox;
    dynamicBox.m_radius = (float)playerSurface->/ 2;
 
    b2FixtureDef fixtureDef;
    fixtureDef.shape = &dynamicBox;
    fixtureDef.density = 1.0f;
    fixtureDef.friction = 0.3f;
    fixtureDef.restitution = 0.5f;
 
    playerBody->CreateFixture(&fixtureDef);
 

 

Player 캐릭터의 충돌을 감지하는 Shape을 원으로 바꿔보자.

 

스프라이트는 사각형이지만 Circle Shape의 움직임을 보여준다.

 

※ 참고

Box2D Documentation

 

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Posted by J-sean
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2022.09.17 - [Electronics] - 직류 전원 공급 장치 DC Power Supply

위 링크에서 LTSpice로 시뮬레이션 한 DC Power Supply를 PSpice로 시뮬레이션 해 보자.

 

위 그림처럼 구성한다.

● Power: VSIN으로 추가한다. Serial Resistance로 R1(0.001Ω)도 추가해야 한다.

● Transformer: L로 추가한다. 두 개(L1, L2)를 추가하고 K-Linear를 추가해서 우클릭 - Edit Part - Part Properties - L1에 L1, L2에 L2를 입력한다.

 

시뮬레이션 하면 약간 거친 그래프가 표시된다. 좀 더 부드러운 곡선으로 만들어 보자.

 

PSpice - Edit Simulation Profile - Transient options - Maximum Step Size 를 0.1m(or 더 작은 수)으로 변경한다.

 

부드러운 곡선으로 표시된다.

 

 

PSpice는 Transformer를 좀 더 간단히 만들 수 있다.

● XFRM_Linear로 추가하고 우클릭 - Edit Part - Part Properties - L1 VALUE에 2200µH, L2 VALUE에 1µH를 입력한다.

 

결과는 위와 같다.

 

완벽한 직류 5V를 공급하기 위해 LM7805를 추가한다.

● Transformer: L2 VALUE는 3µH로 수정한다. 1µH로 출력되는 전압은 너무 작아 LM7805로 제대로 정류할 수 없다.

● C2: LM7805 OUT에 0.1µF Capacitor를 추가 연결한다.

 

깨끗한 5VDC 전압이 출력된다.

 

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Posted by J-sean
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PSpice로 시뮬레이션 하면 전류 값이 음수로 나오는 경우가 있다.

 

R7 저항의 플러스 핀을 찍고 전류 값을 시뮬레이션 해 보자.

 

양수 값으로 제대로 표현된다.

 

이번엔 마이너스 핀에 찍고 시뮬레이션 해 보자.

 

전류 값이 음수로 표현된다.

 

 

측정 위치가 플러스 인지 마이너스 인지에 따라서 부호가 바뀌는 거 같지만 다른 조건이 하나 더 있다. 1번 핀이 플러스 쪽에 연결되어야 한다. 핀 번호를 확인해보자.

 

저항을 우클릭하고 Edit Part를 선택한다.

 

Pin Number Visible을 선택하고 저장한다.

 

Pin Number가 표시된다.

시뮬레이션 결과에 전류 값이 음수로 나오거나 양수로 나오더라도 Legend에 -I(RX) 등으로 표시된다면 측정 위치와 핀 번호를 확인해 보자.

 

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Posted by J-sean
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간단한 전압분배기를 시뮬레이션 해 보자.

 

회로를 구성한다.

 

시뮬레이션 결과 Output의 전압은 3V이다.

V(output) = 3K/(3K+7K) X 10V

 

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Posted by J-sean
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열 관련 시뮬레이션을 진행할때는 온도 측정 센서의 위치에 따라 결과가 크게 바뀔 수 있다.


시뮬레이션의 효율을 고려해 단순한 모양의 히터와 발열체 그리고 커버를 준비한다. (100X100X25mm)


Solution type - Transient, Total time: 3600 sec, Time increment: 30 sec

Thermostat cut off lower bound: 98°C, upper bound: 102°C

Thermostat position: 파란점(히터 외부)


히터 표면 9 포인트의 승온 그래프.


이번엔 Thermostat position을 히터 내부 발열체와 커버 사이로(붉은점) 지정한다.



히터 표면 9 포인트의 승온 그래프.


744초를 기준으로 목표 온도에 대해 더 낮은 overshooting 및 hunting을 보인다. 효율을 위해 작고 단순한 히터로 시뮬레이션 했기 때문에 차이가 극명하게 보이지 않지만 크고 복잡한 구조에서는 확실한 차이가 발생 한다.


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Posted by J-sean
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시뮬레이션을 진행하기 위해 mesh를 생성해야 하는데 아래와 같은 메세지가 뜨면서 실패하는 경우가 있다.


 Main Body-1의 mesh 생성이 실패 했다. element 사이즈를 조정하거나 mesh control을 추가하는 등의 해결 방법이 있는데 mesh control을 추가해 보자. OK를 클릭 한다.


화면 오른쪽에 위와 같이 Simulation Advisor가 나타난다. Mesh Control을 클릭하고 mesh 작성을 실패한 바디(Main Body-1)를 선택해 준다.


Create Mesh를 선택 한다.


선택한 바디(Main Body-1)는 Curvature based mesh로 작성된다. 예를 클릭 한다.



mesh 작성이 완료 된다.



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Posted by J-sean
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