//===========================ファイル名Scatter===========
//４次のルンゲ-クッタ法を用いたクーロン散乱Ver.1.1
//　　　　　　　　作成：加藤徳善　1997.3.27
//====================================================

import java.applet.*;
import java.awt.*;
//import java.lang.*;

public class Scatter extends Applet implements Runnable
{
    Graphics g_this;
    Image offScreen;
    Graphics offGraphics;
    Dimension dim1;

    Thread th;
    
    Color col=new Color(90,85,110); 
       
  	//ルンゲ-クッタ関連配列  
	double x[][]=new double[10][3];
	double v[][]=new double[10][3];
	double dx[][][]=new double[10][10][3];
	double nrm[][][]=new double[10][10][3];
	double pow[][]=new double[10][10];
	double ik[][][]=new double[4][10][3];
	double im[][][]=new double[4][10][3];
	double r[][]=new double[10][10];
	double aa[][]=new double[10][10];
	double al[][]=new double[10][10];
	int ap[][]=new int[10][10];
	double b[]=new double[10];
	double c[]=new double[10];
	double d[][]=new double[10][3];
	double x0[][]=new double[10][3];
	double mass[]=new double[10];
	double x1[][]=new double[10][3];
	double v1[][]=new double[10][3];
	double v2[][]=new double[10][3];
	double vn[][]=new double[10][3];
	double w[][]=new double[10][3];
	double w1[][]=new double[10][3];
	double va[]=new double[10];
	double f[][]=new double[10][3];
	double coef[]={1.,2.,2.,1.};
	
	//力のスイッチ
	boolean swa=true;//距離に関係する力（万有引力，弾性力など）
	boolean swb=true;//速さに比例する力（粘性抵抗）
	boolean swc=true;//速さの二乗に比例する力（慣性抵抗）
	boolean swd=true;//一定の力（地上の重力など）

	int dim;//次元-1
	int n;//物体数-1
	double dt;//時間間隔
	//double time;//時間

    int FONTSIZE1=12;
	double oldx[][]=new double[10][3];

    Point pt0=new Point(280,190);
    int drawmode=0;//スレッドによる　1:描画　2:描画停止
    int drawinitflag=1;// 1:画面初期化  0:何もしない
    int stepflag=0;//1:ストロボモード　0:何もしない
    int DD=10;
    int oldDD=10;
    int dd=4;
    int setDDflag=1;
    //int iniskip=0;
    double vv=20.;
    double rx,ry;
    
    public void init(){
    	int i,k;
        Font f=new Font("TimesRoman",Font.PLAIN,FONTSIZE1);//フォント作
        setFont(f);//フォント選択
 
        setLayout(new BorderLayout());//ボーダーレイアウトに
        Panel p = new Panel();//パネル作製
        p.setLayout(new GridLayout(1,4));
        p.add(new Scrollbar(Scrollbar.HORIZONTAL,20,0,5,50));
        p.add(new Button("Start"));//部品をパネルに貼り付け
        p.add(new Button("Reset"));
        Checkbox cb = new Checkbox("Strobo");
        p.add(cb);
        add("South", p);//パネル貼り付け
        
        initrk();//ルンゲ-クッタ関係の初期化
        //calc();

        resize(500,400);
        setBackground(col);
        dim1=this.size();//現在の表示画面の大きさを調べる
       if (offScreen == null) {
	        offScreen = createImage(dim1.width,dim1.height);
	        offGraphics = offScreen.getGraphics();
	    }        
       // repaint();
   }

	//加速度の計算
	public void acce(){
		int i,j,k;
		double fw,fw1,RR;
	
		if(swa||swc){
			for(i=0;i<=n;i++){
				if(swa){
					for(j=0;j<=i;j++){
						fw=0.;
						for(k=0;k<=dim;k++){
							if(i!=j){
								dx[i][j][k]=x1[i][k]-x1[j][k];
								dx[j][i][k]=x1[j][k]-x1[i][k];
							}
							else
								dx[i][j][k]=x1[i][k]-x0[j][k];
							fw+=dx[i][j][k]*dx[i][j][k];
						}
						r[i][j]=Math.sqrt(fw);
					
						for(k=0;k<=dim;k++){
							if(r[i][j]!=0)
								nrm[i][j][k]=dx[i][j][k]/r[i][j];
							else
								nrm[i][j][0]=1.;
							if(i!=j)
								nrm[j][i][k]=-nrm[i][j][k];
						}
						r[i][j]-=al[i][j];
						r[j][i]=r[i][j];
						if(ap[i][j]==0)
							pow[i][j]=1.;
						if(ap[i][j]==-2)
							pow[i][j]=1./r[i][j]/r[i][j];
						if(ap[i][j]==1)
							pow[i][j]=r[i][j];
						if(ap[i][j]==-12){
							RR=(double)DD/2.;
							if(r[i][j]>RR)
								pow[i][j]=1./r[i][j]/r[i][j];
							else{
								pow[i][j]=r[i][j]/RR/RR/RR;
							}
						}
						pow[i][j]=pow[i][j]*aa[i][j];
						pow[j][i]=pow[i][j];
					}
				}
				fw1=0;
				for(k=0;k<=dim;k++)
					fw1+=v1[i][k]*v1[i][k];
				va[i]=Math.sqrt(fw1);
				for(k=0;k<=dim;k++){
					if(va[i]!=0.)
						vn[i][k]=v1[i][k]/va[i];
				}
			}
		}			

		for(i=0;i<=n;i++){
			for(k=0;k<=dim;k++)
				f[i][k]=0.;//clear
		}
		for(i=0;i<=n;i++){
			for(k=0;k<=dim;k++){
				if(swa){
					for(j=0;j<=n;j++)
						f[i][k]+=pow[i][j]*nrm[i][j][k];
				}
				if(swb)
					f[i][k]+=b[i]*v1[i][k];
				if(swc)
					f[i][k]+=c[i]*va[i]*va[i]*vn[i][k];
				if(swd)
					f[i][k]+=d[i][k];
				f[i][k]/=mass[i];
			}
		}		
	}
	
	//ルンゲ-クッタ法
	public void rk(){
		int i,j,k,l;
		for(i=0;i<=n;i++){
			for(k=0;k<=dim;k++){
				x1[i][k]=x[i][k];
				v1[i][k]=v[i][k];
				w[i][k]=0.;
				w1[i][k]=0.;
			}
		}
		acce();
		for(l=0;l<=2;l++){
			for(i=0;i<=n;i++){
				for(k=0;k<=dim;k++){
					ik[l][i][k]=dt*v1[i][k];
					im[l][i][k]=dt*f[i][k];
					x1[i][k]=x[i][k]+ik[l][i][k]/coef[l+1];
					v1[i][k]=v[i][k]+im[l][i][k]/coef[l+1];
					w[i][k]+=ik[l][i][k]*coef[l];
					w1[i][k]+=im[l][i][k]*coef[l];
				}
			}
			acce();
		}
		for(i=0;i<=n;i++){
			for(k=0;k<=dim;k++){
				ik[l][i][k]=dt*v1[i][k];
				im[l][i][k]=dt*f[i][k];
				x1[i][k]=x[i][k]+(w[i][k]+ik[3][i][k])/6.;
				v1[i][k]=v[i][k]+(w1[i][k]+im[3][i][k])/6.;
			}
		}
		for(i=0;i<=n;i++){
			for(k=0;k<=dim;k++){
				x[i][k]=x1[i][k];
				v[i][k]=v1[i][k];
			}
		}
	}
	
	public void initrk(){
		int i,j;
		dim=1;//次元-1
		n=9;//物体数-1
		dt=.3;//計算での時間間隔
		for(i=0;i<=n;i++){
			x[i][0]=-270 ; x[i][1]=8+16*i;
			oldx[i][0]=x[i][0] ; oldx[i][1]=x[i][1];
			x0[i][0]=0. ; x0[i][1]=0. ; 
			//if(iniskip!=1){
				v[i][0]=vv; v[i][1]=0. ;
			//}
			mass[i]=1.;
		}
	//---力の設定-------	
		swa=true;
		for(i=0;i<=n;i++){
			for(j=0;j<=n;j++){
				
				if(i==j){
					aa[j][i]=10000;
					ap[j][i]=-12;//電荷が一様に半径DD広がっている場合の力の場
				}
				else{
					aa[j][i]=0;
					ap[j][i]=0;
				}
				al[j][i]=0;
			}
		}
		
	
		swb=false;//速さに比例する力（粘性抵抗）
		
		swc=false;//速さの二乗に比例する抵抗（慣性抵抗）
	
		swd=false;//一定の力（重力など）

	}

     public void calc(){
 		rk();//ルンゲ-クッタ呼び出し
		if((x[0][0]>230)||(x[0][0]<-300)||(x[0][1]>250)||(x[0][1]<-220)){
				drawmode = 2;
				}
   }

			public boolean mouseDrag(Event e,int xd,int yd){
					rx=(xd-pt0.x);
					ry=(yd-pt0.y);
					DD=(int)Math.sqrt(rx*rx+ry*ry)*2;
				if(DD<5)
					DD=5;
				if(DD>200)
					DD=200;
				repaint();
				return true;
			}
   
        public boolean handleEvent(Event e) {
        	int i;
        	if(e.target instanceof Button) {
             if ("Start".equals(e.arg)) {
                drawinitflag=1;
                //stepflag=0;
                //drawmode = 2;
                //calc();
                drawmode = 1;
                 initrk();
             } 
             
             if ("Reset".equals(e.arg)) {
                 drawinitflag=1;
                 //stepflag=0;
                 drawmode = 2;
                 //iniskip=1;
                 initrk();
                 repaint();
                 return true;
             }
             return true;
      	}
  	 if (e.target instanceof Checkbox){
            Checkbox cb = (Checkbox)e.target;
            //if (((Boolean)e.arg).booleanValue()) {
                if (cb.getState())
                		stepflag = 1;
                else
                		stepflag= 0;
                return true;
                //}
            //return true;
      }
      if (e.target instanceof Scrollbar){
            Scrollbar sb = (Scrollbar)e.target;
            vv=(double)sb.getValue();
            repaint();
            for(i=0;i<=n;i++)
            	v[i][0]=vv;
			 return true;
      }
            
      return super.handleEvent(e);
   }

    public void start(){
        if(th==null){
             th=new Thread(this);
             th.start();
        }
    }
    public void run(){
        while(th!=null){
             if(drawmode==1){
                 try{
                      calc();
                      repaint();
                      th.sleep(80);
                 }catch(InterruptedException e){
                       ;
                 }
              }
        }
    }
    public void stop(){
        if(th !=null){
            th.stop();
            th=null;
        }
    }
    public void update(Graphics g){
        paint(g);//updateを無効にし、paintで置き換え
    }
    public void paint(Graphics g){
    	int i,j,k;
        if(drawinitflag==1){
             offGraphics.setColor(getBackground());
             offGraphics.fillRect(0,0,dim1.width,dim1.height);
           //背景色で画面全体を塗りつぶす（初期化）
             drawinitflag=0;
       }

		
		if(stepflag!=1){
		     offGraphics.setColor(getBackground());
             offGraphics.fillRect(0,0,dim1.width,dim1.height);
//	        for(i=0;i<=n;i++){
//	        	offGraphics.setColor(getBackground());
//	      		offGraphics.fillOval(pt0.x+(int)(oldx[i][0]-dd*.5),pt0.y+(int)(oldx[i][1]-dd*.5),dd,dd);
//      			offGraphics.fillOval(pt0.x+(int)(oldx[i][0]-dd*.5),pt0.y-(int)(oldx[i][1]+dd*.5),dd,dd);
//			}
		}	
		
		if((x[9][0]<-220)||(stepflag==0)){
       		offGraphics.setColor(getBackground());
        	offGraphics.fillOval(pt0.x-(int)(oldDD*.5),pt0.y-(int)(oldDD*.5),(int)oldDD,(int)oldDD);
        	oldDD=DD;
			offGraphics.setColor(new Color(253-DD/2,200-DD/2,40));
        	offGraphics.fillOval(pt0.x-(int)(DD*.5),pt0.y-(int)(DD*.5),(int)DD,(int)DD);//核
		}	
       for(i=0;i<=n;i++){
        	offGraphics.setColor(Color.green);
        		oldx[i][0]=x[i][0];
        		oldx[i][1]=x[i][1];
        		offGraphics.fillOval(pt0.x+(int)(oldx[i][0]-dd*.5),pt0.y+(int)(oldx[i][1]-dd*.5),dd,dd);
      			offGraphics.fillOval(pt0.x+(int)(oldx[i][0]-dd*.5),pt0.y-(int)(oldx[i][1]+dd*.5),dd,dd);

		}
		offGraphics.setColor(getBackground());
        offGraphics.fillRect(0,352,80,385);
		offGraphics.setColor(Color.orange);
		offGraphics.drawString("Radius="+DD/2,4,360);
		offGraphics.setColor(Color.green);	
		offGraphics.drawString("Speed ="+(int)vv,4,370);
		
		g.drawImage(offScreen,0,0,this);		
   }
}