匀强电磁场仿真 方便小孩教学

明天自然醒

之前写的玩意 想着给家里小孩做的 发从来顺便加了C++ CUDA 硬件加速

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]这是一个带正电荷的质点，你可以设置它的一些基本属性，包括：

• 质量。它可以被设为未知量M
• 电荷量。当然也可以被设为未知量q/e/nq/ne/-q/-nq
• 速度标量。可以被设为未知量v。不过，当你不需要求解问题的时候，你可以设置为任意值。（见下方）
• 位置与速度方向。动动鼠标，拖动矢量箭头，即可在画板上绘制质点的位置与速度方向（当然，它也可以是一个静止的质点）
  

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在这里，我设置了两个求解方法：

• 设置质点需要经过的位置，或者位置矢量，求解质点所需的m、q、v以及所处势场的强度E1、E2...  B1、B2...
• 设置质点离开某个势场时的角度，同样，求解质点所需的参数以及势场的参数
  
  

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]a-求解途径点/途径点矢量

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]b-求解离场矢量

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]回归仿真器，在这里，你可以添加四种形状的势场：

• 矩形
  
  
• 多边形（你可能会疑惑—矩形属于多边形，为什么要区分开？因为多边形的算法，会大大提升浮点数运算的复杂度）
  
  
• 椭圆（暂时不支持旋转的椭圆，因为我数学不好，不知道怎么画图）
  
  
• 标准圆（好吧，标准圆也是椭圆）
  
  
  
  

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]那么效果图：

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]如图所示，质点带正电，从左方进入E0电场，角度为16.74°，要求从-27.76°时出电场，求解质点的属性以及势场的强度。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]那么我们运行一下看看效果

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]运算选项：

• 实时预览粒子的轨迹（逐点逐点预览，你可以看到粒子运动）
• 实时快照粒子的轨迹图（逐帧逐帧预览：那个词叫啥来着epoch，轮数，你只可以看到粒子每一轮的轨迹）
• 不预览轨迹，CPU多线程拉满运算
• 不预览轨迹，GPU并发运算，使用CUDA RUNTIME硬件加速

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  不同场景下，可供选择，比如我只是想预览下粒子的轨迹，可选a/b
  

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]PS:

• 常规下，CPU多线程运算可在一分钟内求解两个未知量
• 如果需要求解3/4个未知量，CPU还是能够在有限时间内求解的
• 多边形势场会极大影响求解性能。当然，预览轨迹除外（预览不谈性能）
• 在这里，势场多边形是怎么样的？不规则的凹包、凸包
• 电场区域绘制完毕后，必须指定电场的矢量方向，即拖动鼠标选择方向角
• 绘制多边形势场时，以鼠标右键结束绘制，此时将形成闭合多边形（如果存在交叉点，必然运算出错）
• 如果你的电脑有显卡并且支持CUDA硬件加速，那么求解速度将大大提升，比如求解存在两个未知量的情况：
  
  
  • 纯易语言求解速度为1（优化后为1k）
  • C++ 多线程 CPU拉满情况下，速度为 5k
  • GPU 程序主要是单精度浮点数运算 根据单精度算力而异 配置稍微可以的  4个未知量一分钟内求解出结果
  • （以上速度仅针对求解，实时预览并不吃性能）
  • 所有参数都可以自己调整步长、上限
  • 磁场磁通量未知量运算得比较慢
    
    

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]另外，CUDA版本没有易语言调用，不过可以生成代码，自己贴在上面就可以跑结果，然后把生成的坐标点导入软件，自己摸索一下

源码包括：易语言版本，C++CPU多线程加速DLL，CUDA RUNTIME部分

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]附上一个四磁场未知量 CUDA加速结果  20秒出结果

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 电磁场仿真器.zip (787.74 KB, 下载次数: 65)

2024-2-14 23:21 上传

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小磊88

感谢分享，很给力！nb

xf221

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梦屿千寻

牛逼，大佬，学习一下

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学习一下 ，谢谢分享。

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ctry78985

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peijun

感谢分享，很给力！~

qianfuquan886

welkin

所以说小学科技大赛的作品都是真实的了！