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  • JavaScript图形实例:阿基米德螺线

    1.阿基米德螺线

          阿基米德螺线亦称“等速螺线”。当一点P沿动射线OP以等速率运动的同时,该射线又以等角速度绕点O旋转,点P的轨迹称为“阿基米德螺线”。

          阿基米德螺线的笛卡尔坐标方程式为:

    r=10*(1+t)

    x=r*cos(t * 360)

    y=r*sin(t *360)

    编写如下的HTML代码。

    <!DOCTYPE html>

    <head>

    <title>阿基米德螺线</title>

    <script type="text/javascript">

      function draw(id)

      {

         var canvas=document.getElementById(id);

         if (canvas==null)

            return false;

         var context=canvas.getContext('2d');

         context.fillStyle="#EEEEFF";

         context.fillRect(0,0,300,300);

         context.strokeStyle="red";

         context.lineWidth=2;

         var dig=Math.PI/32;

         context.beginPath();

         context.moveTo(150,150);

         for (var i=1;i<=256;i++)

         {

            x=150+5*i*dig*Math.sin(i*dig);

            y=150+5*i*dig*Math.cos(i*dig);

            context.lineTo(x,y);

         }

         context.stroke();

       }

    </script>

    </head>

    <body onload="draw('myCanvas');">

    <canvas id="myCanvas" width="300" height="300"></canvas>

    </body>

    </html>

          将上述HTML代码保存到一个html文本文件中,再在浏览器中打开包含这段HTML代码的html文件,可以看到在浏览器窗口中绘制出一条阿基米德螺线,如图1所示。

    图1  阿基米德螺线

    2.李萨如曲线

          一个质点同时在X轴和Y轴上作简谐运动形成的图形就是李萨如曲线。

    李萨如曲线上的每一个点都可以用如下的公式进行表示:

    X=A1sin(ω1t+ψ1)

    Y=A2sin(ω2t+ψ2)

    为绘制李萨如曲线,编写如下的HTML文件。

    在程序中,设定 X=R*SIN(n*θ),Y= R*SIN(k*θ)  (0≤θ≤2π)

    <!DOCTYPE html>

    <head>

    <title>李萨如曲线</title>

    <script type="text/javascript">

      function draw(id)

      {

         var canvas=document.getElementById(id);

         if (canvas==null)

            return false;

         var context=canvas.getContext('2d');

         context.fillStyle="#EEEEFF";

         context.fillRect(0,0,450,450);

         context.strokeStyle="red";

         context.lineWidth=1;

         var dig=Math.PI/64;

         context.beginPath();

         n=0;

         b=30;

         for (py=50;py<=450;py+=70)

         {

             n=n+1;  k=0;  

             for (px=50;px<=450;px+=70)

             {

               k++; 

               for (var i=0;i<=128;i++)

               {

                  x=px+b*Math.sin(n*i*dig);

                  y=py-b*Math.sin(k*i*dig);

                  if (i==0)

                  {

                    context.moveTo(x,y);

                    bx=x;  by=y;

                  }

                  else

                    context.lineTo(x,y);

               }

               context.lineTo(bx,by);

               context.closePath();

               context.fill();

               context.stroke();

            }

         }

       }

    </script>

    </head>

    <body onload="draw('myCanvas');">

    <canvas id="myCanvas" width="450" height="450"></canvas>

    </body>

    </html>

          将上述HTML代码保存到一个html文本文件中,再在浏览器中打开包含这段HTML代码的html文件,可以看到在浏览器窗口中绘制出6种李萨如曲线,如图2所示。

    图2  李萨如曲线

          由图2看出,当n=1,k=1时,李萨如曲线为一条直线。如果在Y坐标计算时加上一个相位,如修改为“y=py-b*Math.sin(k*i*dig+Math.PI/4);”,则绘制的李萨如曲线如图3所示。

    图3 李萨如曲线

    3.可设置参数的李萨如曲线

          设李萨如曲线上的点(x,y)计算式为:

    X=A1sin(mθ)

    Y=A2sin(nθ) (0≤θ≤2π)

    我们可以设置不同的参数A1、A2、m、n,绘制出不同的李萨如曲线。

    编写的HTML代码如下。

    <!DOCTYPE html>

    <head>

    <title>可设置参数的李萨如曲线</title>

    <script type="text/javascript">

      function draw(id)

      {

         var canvas=document.getElementById(id);

         if (canvas==null)

            return false;

         var context=canvas.getContext('2d');

         context.fillStyle="#EEEEFF";

         context.fillRect(0,0,300,300);

         context.strokeStyle="red";

         context.lineWidth=1;

         var dig=Math.PI/64;

         context.beginPath();

         var a1=eval(document.myForm.A1.value);

         var a2=eval(document.myForm.A2.value);

         var n=eval(document.myForm.N.value);

         var m=eval(document.myForm.M.value);

         px=150;   py=150;

         for (var i=0;i<=128;i++)

         {

              x=px+a1*Math.sin(m*i*dig);

              y=py-a2*Math.sin(n*i*dig);

              if (i==0)

              {

                    context.moveTo(x,y);

                    bx=x;  by=y;

              }

              else

                    context.lineTo(x,y);

          }

          context.lineTo(bx,by);

          context.closePath();

          context.stroke();

        }

    </script>

    </head>

    <body>

    <form name="myForm">李萨如曲线上的点(x,y)计算式为:<br>

    X=A1sin(mθ) <br> Y=A2sin(nθ)   (0≤θ≤2π) <br>

    A1<input type=number name="A1" value=100 size=3>

    A2<input type=number name="A2" value=100 size=3><br>

    M&nbsp;&nbsp;<input type=number name="M" value=3 size=3>

    N&nbsp;&nbsp;<input type=number name="N" value=5 size=3>

    <input type=button value="确定" onClick="draw('myCanvas');">

    </form><br>

    <canvas id="myCanvas" width="300" height="300">

    </canvas>

    </body>

    </html>

          在浏览器中打开包含这段HTML代码的html文件,可以看到在浏览器窗口中,设置相应的参数后,单击“确定”按钮,可绘制出相应的李萨如曲线,如图4所示。

    图4  李萨如曲线

    4.由李萨如曲线构成的螺线

          在0~6π的螺线上取72个点,在这72个点的位置绘制72个李萨如曲线,并且李萨如曲线随着R值的变大而逐渐变大。编写HTML文件如下。

    <!DOCTYPE html>

    <head>

    <title>阿基米德螺线和李萨如曲线</title>

    <script type="text/javascript">

      function draw(id)

      {

         var canvas=document.getElementById(id);

         if (canvas==null)

            return false;

         var context=canvas.getContext('2d');

         context.fillStyle="#EEEEFF";

         context.fillRect(0,0,500,300);

         context.strokeStyle="red";

         context.lineWidth=2;

         var r=0;

         for (var i=0;i<6*Math.PI;i+=Math.PI/12)

         {

            r+=3;

            px=265+(r+40)*Math.sin(i);

            py=150+(r/2+25)*Math.cos(i);

            var dig=Math.PI/64;

            context.beginPath();

            for (var j=0;j<=128;j++)

            {

               x=px+r/7*Math.sin(j*dig);

               y=py-r/14*Math.sin(j*dig+Math.PI/5);

               if (j==0)

               {

                    context.moveTo(x,y);

                    bx=x;  by=y;

               }

               else

                    context.lineTo(x,y);

            }

            context.lineTo(bx,by);

            context.closePath();

            context.stroke();

         }

       }

    </script>

    </head>

    <body onload="draw('myCanvas');">

    <canvas id="myCanvas" width="500" height="300"></canvas>

    </body>

    </html>

          在浏览器中打开包含这段HTML代码的html文件,可以看到在浏览器窗口中绘制出如图5所示的由李萨如曲线构成的螺线图案。

     

    图5  由李萨如曲线构成的螺线

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