6. 터틀 그래픽으로 궤적 그리기 – “우주 경쟁에서 승리하기 위한 아폴로 8호의 궤적 시뮬레이션”

221025 작성

<본 블로그는실전 파이썬 핸즈온 프로젝트의 github 를 참고해서 공부하며 작성하였습니다>

https://www.onlybook.co.kr/m/entry/python-projects

실전 파이썬 핸즈온 프로젝트

https://github.com/rlvaugh/Real_World_Python

GitHub - rlvaugh/Real_World_Python: Code and supporting files for book Real World Python

 

 

 

 

🥠 turtle 모듈 활용

: 위험한 도박에 참여해 미국의 아폴로 8호가 달 착륙 경쟁에서 승리할 수 있도록 돕는다

: 미 항공우주국 나사(NASA)가 예상보다 1년이나 더 일찍 달 궤도에 도착해서 소련이 실질적으로 달 착륙 프로그램을 포기하게 만든, 똑똑한 자유 귀환 비행 궤적을 그림으로 그려서 실행해본다

from turtle import Shape, Screen, Turtle, Vec2D as Vec
import turtle
import math

# User input:
G = 8               # 시뮬레이션에 사용되는 중력 상수
NUM_LOOPS = 4100    # 시뮬레이션의 시간 단계 수
Ro_X = 0            # 선박 시작 위치 x 좌표
Ro_Y = -50          # 선박 시작 위치 y 좌표
Vo_X = 0            # 선박 속도 x 구성 요소
Vo_Y = 0            # 선박 속도 y 구성 요소

MOON_MASS = 1_250_000

class GravSys():
    """n-바디에서 중력 시뮬레이션을 실행"""    

    def __init__(self):
        self.bodies = []
        self.t = 0
        self.dt = 0.001
        
    def sim_loop(self):
        """시간 단계를 통해 목록에서 본문을 반복"""
        for _ in range(NUM_LOOPS):
            self.t += self.dt
            for body in self.bodies:
                body.step()
                

class Body(Turtle):
    """중력장을 공전하고 투영하는 천체"""
    def __init__(self, mass, start_loc, vel, gravsys, shape):
        super().__init__(shape=shape)
        self.gravsys = gravsys
        self.penup()
        self.mass=mass
        self.setpos(start_loc)
        self.vel = vel
        gravsys.bodies.append(self)
        self.pendown()              # 객체 뒤에 경로를 그리는 주석 제거
        
        
    def acc(self):
        """몸체에 작용하는 힘을 계산하고 벡터 구성 요소를 반환"""
        a = Vec(0,0)
        for body in self.gravsys.bodies:
            if body != self:
                r = body.pos() - self.pos()
                a += (G * body.mass / abs(r)**3) * r        # 단위 dist /time^2
        return a
    

    def step(self):
        """몸체의 위치, 방향 및 속도를 계산"""
        dt = self.gravsys.dt
        a = self.acc()
        self.vel = self.vel + dt * a
        xOld, yOld = self.pos()             # 배를 배향하기 위해
        self.setpos(self.pos() + dt * self.vel)
        xNew, yNew = self.pos()             # 배를 배향하기 위해
        if self.gravsys.bodies.index(self) == 1:        # the CSM
            dir_radians = math.atan2(yNew-yOld,xNew-xOld)       # 배를 배향하기 위해
            dir_degrees = dir_radians * 180 / math.pi           # 배를 배향하기 위해
            self.setheading(dir_degrees+90)                     # 배를 배향하기 위해


def main():
    # 설정 화면
    screen = Screen()
    screen.setup(width = 1.0, height = 1.0)         # 전체화면용
    screen.bgcolor('black')
    screen.title("Gravity Assist Example")

    # 중력 시스템 인스턴스화
    gravsys = GravSys()
    
    # 행성 인스턴스화
    image_moon = 'moon_27x27.gif'
    screen.register_shape(image_moon)
    moon = Body(MOON_MASS, (500, 0), Vec(-500, 0), gravsys, image_moon)
    moon.pencolor('gray')

    # 커맨드-서비스-모듈(csm) 형태를 구축
    csm = Shape('compound')
    cm = ((0, 30), (0, -30), (30, 0))
    csm.addcomponent(cm, 'red', 'red')
    sm = ((-60,30), (0, 30), (0, -30), (-60, -30))
    csm.addcomponent(sm, 'red', 'black')
    nozzle = ((-55, 0), (-90, 20), (-90, -20))
    csm.addcomponent(nozzle, 'red', 'red')
    screen.register_shape('csm', csm)

    # Apollo 8 CSM 거북이 인스턴스화
    ship = Body(1, (Ro_X, Ro_Y), Vec(Vo_X, Vo_Y), gravsys, "csm")
    ship.shapesize(0.2)
    ship.color('red') # path color
    ship.getscreen().tracer(1, 0)
    ship.setheading(90)

    gravsys.sim_loop()

if __name__=='__main__':
    main()