implement ellipse
move planet around ellipse adjust orbit speed
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							parent
							
								
									ce2a05cdf9
								
							
						
					
					
						commit
						f28670c083
					
				| @ -1,7 +1,7 @@ | |||||||
| [gd_scene load_steps=3 format=2] | [gd_scene load_steps=3 format=2] | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
| [ext_resource path="res://scenes/OrbitCamera.tscn" type="PackedScene" id=3] | [ext_resource path="res://scenes/OrbitCamera.tscn" type="PackedScene" id=3] | ||||||
| [ext_resource path="res://scenes/OrbitSystem.tscn" type="PackedScene" id=4] | [ext_resource path="res://scenes/orbits/OrbitSystem.tscn" type="PackedScene" id=4] | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
| [node name="Main" type="Node2D"] | [node name="Main" type="Node2D"] | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
| @ -11,3 +11,7 @@ transform = Transform( 0.515898, 0.606099, -0.605386, -0.393123, 0.795389, 0.461 | |||||||
| [node name="OrbitCamera" parent="." instance=ExtResource( 3 )] | [node name="OrbitCamera" parent="." instance=ExtResource( 3 )] | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
| [node name="Orbit System" parent="." instance=ExtResource( 4 )] | [node name="Orbit System" parent="." instance=ExtResource( 4 )] | ||||||
|  | transform = Transform( 0.856869, 0.3292, -0.396741, 0.0949996, 0.655565, 0.749139, 0.506706, -0.679604, 0.53046, -0.599122, 0, 0 ) | ||||||
|  | SemiMajorAxis = 6.166 | ||||||
|  | Eccentricity = 0.239 | ||||||
|  | _speed = 0.877 | ||||||
|  | |||||||
| @ -1,15 +0,0 @@ | |||||||
| [gd_scene load_steps=2 format=2] |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
| [ext_resource path="res://scripts/orbits/OrbitSystem.cs" type="Script" id=1] |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
| [node name="Orbit System" type="Spatial"] |  | ||||||
| script = ExtResource( 1 ) |  | ||||||
| _a = NodePath("A") |  | ||||||
| _b = NodePath("B") |  | ||||||
| _barycenter = NodePath("Barycenter") |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
| [node name="A" type="Spatial" parent="."] |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
| [node name="B" type="Spatial" parent="."] |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
| [node name="Barycenter" type="Spatial" parent="."] |  | ||||||
							
								
								
									
										21
									
								
								scenes/orbits/OrbitSystem.tscn
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										21
									
								
								scenes/orbits/OrbitSystem.tscn
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @ -0,0 +1,21 @@ | |||||||
|  | [gd_scene load_steps=3 format=2] | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [ext_resource path="res://scripts/orbits/OrbitSystem.cs" type="Script" id=1] | ||||||
|  | [ext_resource path="res://scenes/orbits/Planet.tscn" type="PackedScene" id=2] | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [node name="Orbit System" type="Spatial"] | ||||||
|  | script = ExtResource( 1 ) | ||||||
|  | SemiMajorAxis = 5.994 | ||||||
|  | Eccentricity = 0.518 | ||||||
|  | _a = NodePath("Planet A") | ||||||
|  | _b = NodePath("Planet B") | ||||||
|  | _barycenter = NodePath("Barycenter") | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [node name="Barycenter" type="Spatial" parent="."] | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [node name="Planet A" parent="." instance=ExtResource( 2 )] | ||||||
|  | transform = Transform( 0.999977, 0.00603502, 0.00319089, -0.00604282, 0.999979, 0.0024369, -0.00317609, -0.00245615, 0.999992, 0, 0, 0 ) | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [node name="Planet B" parent="." instance=ExtResource( 2 )] | ||||||
|  | transform = Transform( 0.5, 0, 0, 0, 0.5, 0, 0, 0, 0.5, -6.57314, 0, 4.18169 ) | ||||||
|  | Mass = 0.125 | ||||||
							
								
								
									
										11
									
								
								scenes/orbits/Planet.tscn
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										11
									
								
								scenes/orbits/Planet.tscn
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @ -0,0 +1,11 @@ | |||||||
|  | [gd_scene load_steps=2 format=2] | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [ext_resource path="res://scripts/orbits/Planet.cs" type="Script" id=1] | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [node name="Planet" type="Spatial"] | ||||||
|  | script = ExtResource( 1 ) | ||||||
|  | Mass = 1.0 | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | [node name="CSGSphere" type="CSGSphere" parent="."] | ||||||
|  | radial_segments = 20 | ||||||
|  | rings = 20 | ||||||
| @ -1,7 +1,6 @@ | |||||||
| using Godot; | using Vim.Math3d; | ||||||
| using System; |  | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
| public interface ILocation | public interface ILocation | ||||||
| { | { | ||||||
|     Vector3 Position { get; } |     DVector3 Position { get; set; } | ||||||
| } | } | ||||||
|  | |||||||
							
								
								
									
										3
									
								
								scripts/orbits/IPointMass.cs
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										3
									
								
								scripts/orbits/IPointMass.cs
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @ -0,0 +1,3 @@ | |||||||
|  | public interface IPointMass : IMassive, ILocation | ||||||
|  | { | ||||||
|  | } | ||||||
							
								
								
									
										48
									
								
								scripts/orbits/Orbit.cs
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										48
									
								
								scripts/orbits/Orbit.cs
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @ -0,0 +1,48 @@ | |||||||
|  | using Godot; | ||||||
|  | using System; | ||||||
|  | using Vim.Math3d; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | public class Orbit | ||||||
|  | { | ||||||
|  |     // the position of the primary body relative to the ellipse - the  | ||||||
|  |     // orbit itself is presented as being centred on the primary, but | ||||||
|  |     // all our math is ellipse stuff | ||||||
|  |     private DVector2 PrimaryPosition => Ellipse.Focus0; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public Ellipse Ellipse { get; set; } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public DVector3 GetPosition(float t) | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         var p = PrimaryPosition + Ellipse.GetPosition(t); | ||||||
|  |         return new DVector3(p.X, 0, p.Y); | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public void Draw(ImmediateGeometry geo) | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         geo.Clear(); | ||||||
|  |         geo.Begin(Mesh.PrimitiveType.LineLoop); | ||||||
|  |         DrawEllipse(geo); | ||||||
|  |         geo.End(); | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private void DrawEllipse(ImmediateGeometry geo) | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         geo.SetColor(new Color(1, 0, 0)); | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |         int steps = 100; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |         for (int i = 0; i < steps; i++) | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             float t = i / (float)steps; | ||||||
|  |             float a = t * Mathf.Tau; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |             var v2 = Ellipse.Focus0 + Ellipse.GetPosition(a); | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |             geo.AddVertex(new Godot.Vector3 | ||||||
|  |             { | ||||||
|  |                 x = (float)v2.X, | ||||||
|  |                 z = (float)v2.Y | ||||||
|  |             }); | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | } | ||||||
| @ -1,79 +1,73 @@ | |||||||
| using Godot; | using Godot; | ||||||
| using System; | using System; | ||||||
|  | using Vim.Math3d; | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|  | [Tool] | ||||||
| public class OrbitSystem : Node, IMassive, ILocation | public class OrbitSystem : Node, IMassive, ILocation | ||||||
| { | { | ||||||
|     [Export] private NodePath _a; |     [Export] private NodePath _a; | ||||||
|     [Export] private NodePath _b; |     [Export] private NodePath _b; | ||||||
|     [Export] private NodePath _barycenter; |     [Export] private NodePath _barycenter; | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|     private readonly PointMass[] _pointMasses = new PointMass[2]; |     private double _semiMajorAxis; | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     public Vector3 Position => Barycenter; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     [Export] |     [Export] | ||||||
|     public Vector3 Barycenter |     private double SemiMajorAxis | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         get => _semiMajorAxis; | ||||||
|  |         set | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             _semiMajorAxis = value; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |             if (!Engine.EditorHint) return; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |             InvalidateGeometry(); | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private double _eccentricity; | ||||||
|  |     [Export(PropertyHint.Range, "0,1")] | ||||||
|  |     private double Eccentricity | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         get => _eccentricity; | ||||||
|  |         set | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             _eccentricity = value; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |             if (!Engine.EditorHint) return; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |             InvalidateGeometry(); | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     #region Point Masses | ||||||
|  |     private IPointMass Primary | ||||||
|     { |     { | ||||||
|         get |         get | ||||||
|         { |         { | ||||||
|             var p0 = _pointMasses[0].Position; |             if (_pointMasses[0] == null) | ||||||
|             var p1 = _pointMasses[1].Position; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|             return p0.LinearInterpolate(p1, .5f); |  | ||||||
|         } |  | ||||||
|         set => _ = value; |  | ||||||
|     } |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     public float Mass { get; } = 1; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     private ImmediateGeometry _orbit; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     public override void _Ready() |  | ||||||
|             { |             { | ||||||
|                 InitPointMasses(); |                 InitPointMasses(); | ||||||
|         InitGeometry(); |  | ||||||
|             } |             } | ||||||
| 
 |             return _pointMasses[0]; | ||||||
|     public override void _Process(float delta) |  | ||||||
|     { |  | ||||||
|         DrawOrbit(); |  | ||||||
|         } |         } | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     private void DrawOrbit() |  | ||||||
|     { |  | ||||||
|         int steps = 100; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|         _orbit.Clear(); |  | ||||||
|         _orbit.Begin(Mesh.PrimitiveType.LineLoop); |  | ||||||
|         _orbit.SetColor(new Color(1, 0, 0)); |  | ||||||
|         for (int i = 0; i < steps; i++) |  | ||||||
|         { |  | ||||||
|             float t = i / (float)steps; |  | ||||||
|             float a = t * Mathf.Tau; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|             _orbit.AddVertex(new Vector3 |  | ||||||
|             { |  | ||||||
|                 x = Mathf.Sin(a), |  | ||||||
|                 z = Mathf.Cos(a) |  | ||||||
|             }); |  | ||||||
|     } |     } | ||||||
|         _orbit.End(); |     private IPointMass Secondary | ||||||
|     } |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     private void InitGeometry() |  | ||||||
|     { |     { | ||||||
|         _orbit = new ImmediateGeometry(); |         get | ||||||
|         var m = new SpatialMaterial(); |         { | ||||||
|         m.VertexColorUseAsAlbedo = true; |             if (_pointMasses[1] == null) | ||||||
|         m.FlagsUnshaded = true; |             { | ||||||
|         _orbit.MaterialOverride = m; |                 InitPointMasses(); | ||||||
|         AddChild(_orbit); |  | ||||||
|             } |             } | ||||||
| 
 |             return _pointMasses[1]; | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } | ||||||
|  |     private readonly IPointMass[] _pointMasses = new IPointMass[2]; | ||||||
|     private void InitPointMasses() |     private void InitPointMasses() | ||||||
|     { |     { | ||||||
|         var a = GetPointMass(_a); |         var a = GetNode<IPointMass>(_a); | ||||||
|         var b = GetPointMass(_b); |         var b = GetNode<IPointMass>(_b); | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|         if (a.Mass > b.Mass) |         if (a.Mass > b.Mass) | ||||||
|         { |         { | ||||||
| @ -86,12 +80,74 @@ public class OrbitSystem : Node, IMassive, ILocation | |||||||
|             _pointMasses[1] = a; |             _pointMasses[1] = a; | ||||||
|         } |         } | ||||||
|     } |     } | ||||||
|  |     #endregion | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|     private PointMass GetPointMass(NodePath path) |     public float Mass => Primary.Mass + Secondary.Mass; | ||||||
|  |     public DVector3 Position | ||||||
|     { |     { | ||||||
|         var spatial = GetNode<Spatial>(path); |         get => Barycenter; | ||||||
|         //var massive = node.GetChild<IMassive>(0); |         set => Barycenter = value; | ||||||
|  |     } | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|         return new PointMass(spatial, 1f); |     public DVector3 Barycenter | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         get | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             var p0 = Primary.Position; | ||||||
|  |             var p1 = Secondary.Position; | ||||||
|  |             return p0.Lerp(p1, .5f); | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |         // TODO - make setting the berycenter do something sensible? | ||||||
|  |         set => _ = value; | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private Orbit _orbit = null; | ||||||
|  |     private Orbit Orbit | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         get | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             if (_orbit == null) | ||||||
|  |             { | ||||||
|  |                 _orbit = new Orbit(); | ||||||
|  |             } | ||||||
|  |             return _orbit; | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private ImmediateGeometry _orbitGeometry = null; | ||||||
|  |     public ImmediateGeometry OrbitGeometry | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         get | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             if (_orbitGeometry == null) | ||||||
|  |             { | ||||||
|  |                 _orbitGeometry = new ImmediateGeometry(); | ||||||
|  |                 var m = new SpatialMaterial(); | ||||||
|  |                 m.VertexColorUseAsAlbedo = true; | ||||||
|  |                 m.FlagsUnshaded = true; | ||||||
|  |                 _orbitGeometry.MaterialOverride = m; | ||||||
|  |                 AddChild(_orbitGeometry); | ||||||
|  |             } | ||||||
|  |             return _orbitGeometry; | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private float _time = 0; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     [Export] | ||||||
|  |     private float _speed = 3f; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public override void _Process(float delta) | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         _time += delta * _speed; | ||||||
|  |         InvalidateGeometry(); | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private void InvalidateGeometry() | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         Orbit.Ellipse = new Ellipse(SemiMajorAxis, Eccentricity); | ||||||
|  |         Orbit.Draw(OrbitGeometry); | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |         Secondary.Position = Orbit.GetPosition(_time); | ||||||
|     } |     } | ||||||
| } | } | ||||||
|  | |||||||
| @ -1,18 +1,32 @@ | |||||||
| using Godot; | using Godot; | ||||||
| using System; | using System; | ||||||
|  | using Vim.Math3d; | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
| public class Planet : Node | [Tool] | ||||||
|  | public class Planet : Spatial, IPointMass | ||||||
| { | { | ||||||
|     [Export] |     [Export] | ||||||
|     public float Mass { get; set; } |     public float Mass { get; set; } | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|     public override void _Ready() |     private DVector3? _position; | ||||||
|  |     public DVector3 Position | ||||||
|     { |     { | ||||||
|  |         get | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             if (_position.HasValue) return _position.Value; | ||||||
| 
 | 
 | ||||||
|  |             var t = Translation; | ||||||
|  |             return new DVector3(t.x, t.y, t.z); | ||||||
|  |         } | ||||||
|  |         set | ||||||
|  |         { | ||||||
|  |             _position = value; | ||||||
|  |             Translation = new Godot.Vector3 | ||||||
|  |             { | ||||||
|  |                 x = (float)value.X, | ||||||
|  |                 y = (float)value.Y, | ||||||
|  |                 z = (float)value.Z | ||||||
|  |             }; | ||||||
|  |         } | ||||||
|     } |     } | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     //  public override void _Process(float delta) |  | ||||||
|     //  { |  | ||||||
|     // |  | ||||||
|     //  } |  | ||||||
| } | } | ||||||
| @ -1,25 +0,0 @@ | |||||||
| using Godot; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
| struct PointMass : IMassive, ILocation |  | ||||||
| { |  | ||||||
|     public float Mass => _massive == null ? _mass : _massive.Mass; |  | ||||||
|     public Vector3 Position => _spatial.Translation; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     private IMassive _massive; |  | ||||||
|     private Spatial _spatial; |  | ||||||
|     private float _mass; |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     public PointMass(Spatial spatial, IMassive massive) |  | ||||||
|     { |  | ||||||
|         _spatial = spatial; |  | ||||||
|         _massive = massive; |  | ||||||
|         _mass = 0; |  | ||||||
|     } |  | ||||||
| 
 |  | ||||||
|     public PointMass(Spatial spatial, float mass) |  | ||||||
|     { |  | ||||||
|         _spatial = spatial; |  | ||||||
|         _massive = null; |  | ||||||
|         _mass = mass; |  | ||||||
|     } |  | ||||||
| } |  | ||||||
							
								
								
									
										63
									
								
								scripts/orbits/math/Ellipse.cs
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							
							
						
						
									
										63
									
								
								scripts/orbits/math/Ellipse.cs
									
									
									
									
									
										Normal file
									
								
							| @ -0,0 +1,63 @@ | |||||||
|  | using Godot; | ||||||
|  | using System; | ||||||
|  | using Vim.Math3d; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | public struct Ellipse | ||||||
|  | { | ||||||
|  |     public Ellipse(double a = 1, double e = 0) | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         SemiMajorAxis = a; | ||||||
|  |         Eccentricity = e; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |         // TODO: this is an immutable struct, so initialise everything else  | ||||||
|  |         // in the constructor to avoid recalculating properties whenever | ||||||
|  |         // they are accessed | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     /// <summary> | ||||||
|  |     /// Semi-major axis | ||||||
|  |     /// </summary> | ||||||
|  |     public double a => SemiMajorAxis; | ||||||
|  |     public double SemiMajorAxis { get; } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     /// <summary> | ||||||
|  |     /// Eccentricity | ||||||
|  |     /// </summary> | ||||||
|  |     public double e => Eccentricity; | ||||||
|  |     public double Eccentricity { get; } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     /// <summary> | ||||||
|  |     /// Semi-minor axis | ||||||
|  |     /// </summary> | ||||||
|  |     public double b => SemiMinorAxis; | ||||||
|  |     public double SemiMinorAxis => Math.Sqrt(Apisides.max * Apisides.min); | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     /// <summary> | ||||||
|  |     /// Get a position on the auxiliary circle | ||||||
|  |     /// </summary> | ||||||
|  |     /// <param name="t">Angle in radians around the circle</param> | ||||||
|  |     /// <returns>2D position on the circle scaled by the semi-major axis</returns> | ||||||
|  |     public DVector2 GetAuxiliaryPosition2D(double t = 0) => | ||||||
|  |         new DVector2(Math.Cos(t), Math.Sin(t)) * a; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     private Apisides Apisides => new Apisides(a, e); | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public DVector2 GetPosition(double t) => | ||||||
|  |         new DVector2(Math.Cos(t) * a, Math.Sin(t) * b); | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public DVector2 Focus0 => new DVector2(-GetFocusDistance(), 0); | ||||||
|  |     public DVector2 Focus1 => new DVector2(GetFocusDistance(), 0); | ||||||
|  |     private double GetFocusDistance() => Math.Sqrt(a * a - b * b); | ||||||
|  | } | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  | public struct Apisides | ||||||
|  | { | ||||||
|  |     public readonly double min; | ||||||
|  |     public readonly double max; | ||||||
|  | 
 | ||||||
|  |     public Apisides(double a, double e) | ||||||
|  |     { | ||||||
|  |         min = a * (1 - e); | ||||||
|  |         max = a * (1 + e); | ||||||
|  |     } | ||||||
|  | } | ||||||
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