JavaScript 数学曲线—阿基米德螺线

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引子

最近在研究曲线运动的时候,尝试了用 AI 导出的 SVG 路径之后,发现有些还是回归到数学中更合适一些。搜集了一些资料,尝试后总结一下。

简介

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阿基米德螺旋是以公元前 3 世纪希腊数学家阿基米德命名的螺旋。它是一个轨迹,对应于一个点在一段时间内的位置,该点沿着一条以恒定角速度旋转的线以恒定速度离开一个固定点。在极坐标系中的公式描述:

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当 c = 1 时,就是通常所说的阿基米德螺旋。

公式说明:

  • r :径向距离。

  • a :常数,起始点与极坐标中心的距离。

  • b :常数,控制螺旋相邻两条曲线之间的距离。

  • θ :极角。

实际应用有:

  • 阿基米德螺线可以在螺旋天线中找到,它可以在很宽的频率范围内工作。

  • 要求患者画一个阿基米德螺旋线是一种量化人类颤抖的方法,这些信息有助于诊断神经系统疾病。

  • 阿基米德螺旋线也用于数字光处理(DLP)投影系统,以最小化“彩虹效应”,使其看起来好像同时显示多种颜色,而实际上是由于红色、绿色和蓝色的循环速度非常快。

  • 阿基米德螺旋线在食品微生物学中用于通过螺旋盘量化细菌浓度。

绘制

用 canvas 绘制曲线,canvas 的坐标系是笛卡尔坐标系,需要做一个转换。

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由上面的图可知取一个点有下面的数学转换关系:


x = rcos(θ)

y = rsin(θ)

θ = arctan(y/x)

结合极坐标系的公式可得:


x = (a + bθ)cos(θ)

y = (a + bθ)sin(θ)

这是示例,绘制主要逻辑代码:


function draw() {

let a = 0, b = 10, angle = 0;

let x = 0, y = 0, points = [];

const acceleration = 0.1, circleNum = 2;

// 注意这里角度的递增,以 2 * Math.PI 为基准进行比较,控制画多少圈

while (angle <= circleNum * 2 * Math.PI) {

x = (a + b * angle) * Math.cos(angle);

y = (a + b * angle) * Math.sin(angle);

points.push([x, y]);

angle = angle + acceleration;

}

// 实现把点绘制成线的方法

line({ points: points});

}

改变其中的参数,会产生很多不同的图形,有的看起来并不是曲线。

参考资料

最近看了《银翼杀手2049》,故事讲的还是蛮好的,本以为所有的线索都指向了一个答案,没想到最后并不是这样,但回想一下的确也是说的通。

关于复制人“繁衍”的秘密还是蛮吸引人的,不知道什么时候能出续集。

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