book-exercises/Занимательное программирование/1/3_brownian_motion/unit1.pas

unit Unit1;

{$mode objfpc}{$H+}

interface

uses
  Classes, SysUtils, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, ExtCtrls, StdCtrls,
  Math;

type

  Coordinate = record
    X, Y: Integer;
  end;

  Molecule = record
    X, Y: Integer;
    Vx, Vy: Integer;
    { Указывает на столкновение с броуновской
    частицей во время предыдущей итерации }
    WasCollision: Boolean;
  end;

  { TForm1 }

  TForm1 = class(TForm)
    Path: TPaintBox;
    StartStopBtn: TButton;
    Screen: TPaintBox;
    procedure PathPaint(Sender: TObject);
    procedure StartStopBtnClick(Sender: TObject);
    procedure ScreenPaint(Sender: TObject);
  private
    const R: Integer = 10; { Радиус молекулы }
      V: Integer = 7; { Максимальная скорость молекулы }
      N = 30; { Количество молекул }
      Rb: Integer = 60; { Радиус броуновской частицы }
      K: Real = 0.01; { "Коэффициент передачи" }
    var Mol: array[1..N] of Molecule; { Массив молекул }
      Xb, Yb: Real; { Координаты броуновской частицы }
      Vxb, Vyb: Real; { Составляющие скорости броуновской частицы }
      Points: array of Coordinate;
  public

  end;

var
  Form1: TForm1;
  IsRunning: Boolean = false;

implementation

{$R *.lfm}

{ TForm1 }

procedure TForm1.ScreenPaint(Sender: TObject);
  var i: Integer;
begin
  if not IsRunning then Exit;

  for i := 1 to N do { Цикл по всем молекулам }
  begin
    Screen.Canvas.Pen.Color := clBtnFace; { Стираем молекулу }
    Screen.Canvas.Ellipse(Mol[i].X - R, Mol[i].Y - R,
      Mol[i].X + R, Mol[i].Y + R);

    Mol[i].X := Mol[i].X + Mol[i].Vx; { Сдвигаем на новую позицию }
    Mol[i].Y := Mol[i].Y + Mol[i]. Vy;

    { Определяем, не вышла ли молекула за границы аквариума }
    if Mol[i].X > Screen.Width - R then
    begin
      Mol[i].X := Screen.Width - R;
      Mol[i].Vx := -Mol[i].Vx;
    end;
    if Mol[i].X < R then
    begin
      Mol[i].X := R;
      Mol[i].Vx := -Mol[i].Vx;
    end;
    if Mol[i].Y > Screen.Height - R then
    begin
      Mol[i].Y := Screen.Height - R;
      Mol[i].Vy := -Mol[i].Vy;
    end;
    if Mol[i].Y < R then
    begin
      Mol[i].Y := R;
      Mol[i].Vy := -Mol[i].Vy;
    end;

    Screen.Canvas.Pen.Color := clBlue; { Рисуем молекулу на новой }
    Screen.Canvas.Ellipse(Mol[i].X - R, Mol[i].Y - R, { позиции }
      Mol[i].X + R, Mol[i].Y + R);

    if Sqrt((Mol[i].X - Xb) * (Mol[i].X - Xb) + { Если произошло столкновение }
      (Mol[i].Y - Yb) * (Mol[i].Y - Yb)) < Rb + R then
    begin
      if Mol[i].WasCollision = false then { Если на предыдущей итерации }
      begin { эта молекула не сталкивалась с }
        Vxb := Vxb + K * Mol[i].Vx; { частицей, обрабатываем }
        Vyb := Vyb + K * Mol[i].Vy; { столкновение }
      end;
      { На данной итерации i-я молекула столкнулась с броуновской частицей }
      Mol[i].WasCollision := true;
    end
    else
      Mol[i].WasCollision := false;
  end;

  Screen.Canvas.Pen.Color := clBtnFace; { Стереть частицу с экрана }
  Screen.Canvas.Ellipse(Round(Xb - Rb), Round(Yb - Rb),
    Round(Xb + Rb), Round(Yb + Rb));

  Xb := Xb + Vxb; { Сдвинуть на новую позицию }
  Yb := Yb + Vyb;

  if Xb > Screen.Width - Rb then { Обработать отражения от стенок аквариума }
  begin
    Xb := Screen.Width - Rb;
    Vxb := -Vxb;
  end;
  if Xb < Rb then
  begin
    Xb := Rb;
    Vxb := -Vxb;
  end;
  if Yb > Screen.Height - Rb then
  begin
    Yb := Screen.Height - Rb;
    Vyb := -Vyb;
  end;
  if Yb < Rb then
  begin
    Yb := Rb;
    Vyb := -Vyb;
  end;

  if (Length(points) < (Screen.Width - Rb) * (Screen.Height - Rb)) and
    (Round(Xb) mod 2 = 0) and (Round(Yb) mod 2 = 0) then
  begin
    SetLength(points, Length(points) + 1);
    points[Length(points) - 1].X := Round(Xb);
    points[Length(points) - 1].Y := Round(Yb);
  end;

  Screen.Canvas.Pen.Color := clRed; { Нарисовать частицу на новом месте }
  Screen.Canvas.Ellipse(Round(Xb - Rb), Round(Yb - Rb),
    Round(Xb + Rb), Round(Yb + Rb));
end;

procedure TForm1.StartStopBtnClick(Sender: TObject);
  var angle: Real; { Угол, задающий изначальное направление полета }
    i: Integer; { Счетчик цикла }
    CurV: Integer; { Выбранная случайная скорость молекулы }
begin
  if IsRunning then
  begin
    IsRunning := false;
    StartStopBtn.Caption := 'Пуск';
    Exit;
  end;

  StartStopBtn.Caption := 'Стоп';
  IsRunning := true;

  Randomize;

  Xb := Screen.Width div 2;
  Yb := Screen.Height div 2;
  Vxb := 0;
  Vyb := 0;

  for i := 1 to N do { Цикл по всем молекулам }
  begin
    Mol[i].X := RandomRange(R, Screen.Width - R); { Выбор начального }
    Mol[i].Y := RandomRange(R, Screen.Height - R); { положения молекулы }
    angle := Random(360) * Pi / 180; { и ее направления }

    CurV := RandomRange(1, V); { Выбор скорости молекулы (1 - V) }
    Mol[i].Vx := Round(CurV * Sin(angle)); { Получение составляющих }
    Mol[i].Vy := Round(CurV * Cos(angle)); { скорости молекулы }

    Mol[i].WasCollision := false;
  end;

  while IsRunning do { Основной цикл }
  begin
    Screen.Invalidate;
    Path.Repaint;
    Sleep(10); { Пауза на 10 миллисекунд }
    Application.ProcessMessages;
    if Application.Terminated then Break;
  end;

end;

procedure TForm1.PathPaint(Sender: TObject);
  var i: Integer;
begin
  if Length(points) = 0 then Exit;
  Screen.Canvas.Pen.Color := clBlue;

  for i := 0 to Length(points) do
  begin
    Path.Canvas.Rectangle(points[i].X - 1, points[i].Y - 1,
      points[i].X + 1, points[i].Y + 1);
  end;
end;

end.