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JavaScript 数学曲线—阿基米德螺线

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。

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简介

85-1

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:

85-2

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。

85-3

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) 复制代码

结合极坐标系的公式可得:

 x = (a + bθ)cos(θ) y = (a + bθ)sin(θ) 复制代码

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}); } 复制代码

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。


作者:XXHolic
链接:https://juejin.cn/post/7020207378452709413


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