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Finished TalkThrough1DHeatGraph
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fd0030085b
commit
4972c71190
1 changed files with 442 additions and 21 deletions
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@ -167,6 +167,7 @@ class BringTwoRodsTogether(Scene):
|
||||||
"graph_x_min": 0,
|
"graph_x_min": 0,
|
||||||
"graph_x_max": 10,
|
"graph_x_max": 10,
|
||||||
"wait_time": 30,
|
"wait_time": 30,
|
||||||
|
"default_n_rod_pieces": 20,
|
||||||
"alpha": 1.0,
|
"alpha": 1.0,
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
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@ -375,7 +376,9 @@ class BringTwoRodsTogether(Scene):
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||||||
d2y = ry - 2 * y + ly
|
d2y = ry - 2 * y + ly
|
||||||
return d2y / (dx**2)
|
return d2y / (dx**2)
|
||||||
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|
||||||
def get_rod(self, x_min, x_max, n_pieces=20):
|
def get_rod(self, x_min, x_max, n_pieces=None):
|
||||||
|
if n_pieces is None:
|
||||||
|
n_pieces = self.default_n_rod_pieces
|
||||||
axes = self.axes
|
axes = self.axes
|
||||||
line = Line(axes.c2p(x_min, 0), axes.c2p(x_max, 0))
|
line = Line(axes.c2p(x_min, 0), axes.c2p(x_max, 0))
|
||||||
rod = VGroup(*[
|
rod = VGroup(*[
|
||||||
|
@ -426,6 +429,16 @@ class ShowEvolvingTempGraphWithArrows(BringTwoRodsTogether):
|
||||||
"alpha": 0.1,
|
"alpha": 0.1,
|
||||||
"n_arrows": 20,
|
"n_arrows": 20,
|
||||||
"wait_time": 30,
|
"wait_time": 30,
|
||||||
|
"freq_amplitude_pairs": [
|
||||||
|
(1, 1),
|
||||||
|
(2, 1),
|
||||||
|
(3, 0.5),
|
||||||
|
(4, 0.3),
|
||||||
|
(5, 0.3),
|
||||||
|
(7, 0.2),
|
||||||
|
(21, 0.1),
|
||||||
|
(41, 0.05),
|
||||||
|
],
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
def construct(self):
|
def construct(self):
|
||||||
|
@ -504,34 +517,442 @@ class ShowEvolvingTempGraphWithArrows(BringTwoRodsTogether):
|
||||||
)
|
)
|
||||||
|
|
||||||
#
|
#
|
||||||
def initial_function(self, x):
|
def temp_func(self, x, t):
|
||||||
new_x = TAU * x / 10
|
new_x = TAU * x / 10
|
||||||
return 50 + 20 * np.sum([
|
return 50 + 20 * np.sum([
|
||||||
np.sin(new_x),
|
amp * np.sin(freq * new_x) *
|
||||||
np.sin(2 * new_x),
|
np.exp(-(self.alpha * freq**2) * t)
|
||||||
0.5 * np.sin(3 * new_x),
|
for freq, amp in self.freq_amplitude_pairs
|
||||||
0.3 * np.sin(4 * new_x),
|
|
||||||
0.3 * np.sin(5 * new_x),
|
|
||||||
0.2 * np.sin(7 * new_x),
|
|
||||||
0.1 * np.sin(21 * new_x),
|
|
||||||
0.05 * np.sin(41 * new_x),
|
|
||||||
])
|
])
|
||||||
|
|
||||||
|
def initial_function(self, x, time=0):
|
||||||
|
return self.temp_func(x, 0)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class TalkThrough1DHeatGraph(ShowEvolvingTempGraphWithArrows, SpecialThreeDScene):
|
||||||
|
CONFIG = {
|
||||||
|
"freq_amplitude_pairs": [
|
||||||
|
(1, 0.7),
|
||||||
|
(2, 1),
|
||||||
|
(3, 0.5),
|
||||||
|
(4, 0.3),
|
||||||
|
(5, 0.3),
|
||||||
|
(7, 0.2),
|
||||||
|
],
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
class TalkThrough1DHeatGraph(ShowEvolvingTempGraphWithArrows):
|
|
||||||
def construct(self):
|
def construct(self):
|
||||||
self.add_axes()
|
self.add_axes()
|
||||||
self.add_graph()
|
self.add_graph()
|
||||||
self.add_rod()
|
self.add_rod()
|
||||||
|
|
||||||
#
|
self.emphasize_graph()
|
||||||
def initial_function(self, x):
|
self.emphasize_rod()
|
||||||
new_x = TAU * x / 10
|
self.show_x_axis()
|
||||||
return 50 + 20 * np.sum([
|
self.show_changes_over_time()
|
||||||
np.sin(new_x),
|
self.show_surface()
|
||||||
np.sin(2 * new_x),
|
|
||||||
0.5 * np.sin(3 * new_x),
|
def add_graph(self):
|
||||||
0.3 * np.sin(4 * new_x),
|
self.graph = self.get_graph()
|
||||||
0.3 * np.sin(5 * new_x),
|
self.add(self.graph)
|
||||||
0.2 * np.sin(7 * new_x),
|
|
||||||
|
def emphasize_graph(self):
|
||||||
|
graph = self.graph
|
||||||
|
q_marks = VGroup(*[
|
||||||
|
TexMobject("?").move_to(
|
||||||
|
graph.point_from_proportion(a),
|
||||||
|
UP,
|
||||||
|
).set_stroke(BLACK, 3, background=True)
|
||||||
|
for a in np.linspace(0, 1, 20)
|
||||||
])
|
])
|
||||||
|
|
||||||
|
self.play(LaggedStart(*[
|
||||||
|
Succession(
|
||||||
|
FadeInFromLarge(q_mark),
|
||||||
|
FadeOutAndShift(q_mark, DOWN),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
for q_mark in q_marks
|
||||||
|
]))
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
|
||||||
|
def emphasize_rod(self):
|
||||||
|
alt_rod = self.get_rod(0, 10, 50)
|
||||||
|
word = TextMobject("Rod")
|
||||||
|
word.scale(2)
|
||||||
|
word.next_to(alt_rod, UP, MED_SMALL_BUFF)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
LaggedStart(
|
||||||
|
*[
|
||||||
|
Rotating(piece, rate_func=smooth)
|
||||||
|
for piece in alt_rod
|
||||||
|
],
|
||||||
|
run_time=2,
|
||||||
|
lag_ratio=0.01,
|
||||||
|
),
|
||||||
|
Write(word)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.remove(*alt_rod)
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
|
||||||
|
self.rod_word = word
|
||||||
|
|
||||||
|
def show_x_axis(self):
|
||||||
|
rod = self.rod
|
||||||
|
axes = self.axes
|
||||||
|
graph = self.graph
|
||||||
|
x_axis = axes.x_axis
|
||||||
|
x_numbers = x_axis.get_number_mobjects(*range(1, 11))
|
||||||
|
x_label = TexMobject("x")
|
||||||
|
x_label.next_to(x_axis.get_right(), UP)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
rod.set_opacity, 0.5,
|
||||||
|
FadeInFrom(x_label, UL),
|
||||||
|
LaggedStartMap(
|
||||||
|
FadeInFrom, x_numbers,
|
||||||
|
lambda m: (m, UP),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Show x-values
|
||||||
|
triangle = ArrowTip(
|
||||||
|
start_angle=-90 * DEGREES,
|
||||||
|
color=LIGHT_GREY,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
x_tracker = ValueTracker(PI)
|
||||||
|
get_x = x_tracker.get_value
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_x_point():
|
||||||
|
return x_axis.n2p(get_x())
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_graph_point():
|
||||||
|
return graph.point_from_proportion(
|
||||||
|
inverse_interpolate(
|
||||||
|
self.graph_x_min,
|
||||||
|
self.graph_x_max,
|
||||||
|
get_x(),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
triangle.add_updater(
|
||||||
|
lambda t: t.next_to(get_x_point(), UP)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
x_label = VGroup(
|
||||||
|
TexMobject("x"),
|
||||||
|
TexMobject("="),
|
||||||
|
DecimalNumber(
|
||||||
|
0,
|
||||||
|
num_decimal_places=3,
|
||||||
|
include_background_rectangle=True,
|
||||||
|
).scale(0.9)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
x_label.set_stroke(BLACK, 5, background=True)
|
||||||
|
x_label.add_updater(lambda m: m[-1].set_value(get_x()))
|
||||||
|
x_label.add_updater(lambda m: m.arrange(RIGHT, buff=SMALL_BUFF))
|
||||||
|
x_label.add_updater(lambda m: m[-1].align_to(m[0], DOWN))
|
||||||
|
x_label.add_updater(lambda m: m.next_to(triangle, UP, SMALL_BUFF))
|
||||||
|
x_label.add_updater(lambda m: m.shift(SMALL_BUFF * RIGHT))
|
||||||
|
rod_piece = always_redraw(
|
||||||
|
lambda: self.get_rod(
|
||||||
|
get_x() - 0.05, get_x() + 0.05,
|
||||||
|
n_pieces=1,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
FadeInFrom(triangle, UP),
|
||||||
|
FadeIn(x_label),
|
||||||
|
FadeIn(rod_piece),
|
||||||
|
FadeOut(self.rod_word),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
for value in [np.exp(2), (np.sqrt(5) + 1) / 2]:
|
||||||
|
self.play(x_tracker.set_value, value, run_time=2)
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Show graph
|
||||||
|
v_line = always_redraw(
|
||||||
|
lambda: DashedLine(
|
||||||
|
get_x_point(),
|
||||||
|
get_graph_point(),
|
||||||
|
color=self.rod_point_to_color(get_x_point()),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
graph_dot = Dot()
|
||||||
|
graph_dot.add_updater(
|
||||||
|
lambda m: m.set_color(
|
||||||
|
self.rod_point_to_color(m.get_center())
|
||||||
|
)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
graph_dot.add_updater(
|
||||||
|
lambda m: m.move_to(get_graph_point())
|
||||||
|
)
|
||||||
|
t_label = TexMobject("T(", "x", ")")
|
||||||
|
t_label.set_stroke(BLACK, 3, background=True)
|
||||||
|
t_label.add_updater(
|
||||||
|
lambda m: m.next_to(graph_dot, UR, buff=0)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.add(v_line, rod_piece, x_label, triangle)
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
TransformFromCopy(x_label[0], t_label[1]),
|
||||||
|
FadeIn(t_label[0::2]),
|
||||||
|
ShowCreation(v_line),
|
||||||
|
GrowFromPoint(graph_dot, get_x_point()),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.add(t_label)
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
x_tracker.set_value, TAU,
|
||||||
|
run_time=5,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.x_tracker = x_tracker
|
||||||
|
self.graph_label_group = VGroup(
|
||||||
|
v_line, rod_piece, triangle, x_label,
|
||||||
|
graph_dot, t_label,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.set_variables_as_attrs(*self.graph_label_group)
|
||||||
|
|
||||||
|
def show_changes_over_time(self):
|
||||||
|
graph = self.graph
|
||||||
|
t_label = self.t_label
|
||||||
|
new_t_label = TexMobject("T(", "x", ",", "t", ")")
|
||||||
|
new_t_label.set_color_by_tex("t", YELLOW)
|
||||||
|
new_t_label.match_updaters(t_label)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.setup_clock()
|
||||||
|
clock = self.clock
|
||||||
|
time_label = self.time_label
|
||||||
|
time_group = self.time_group
|
||||||
|
|
||||||
|
time = 5
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
FadeIn(clock),
|
||||||
|
FadeIn(time_group),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
self.get_graph_time_change_animation(
|
||||||
|
graph, time
|
||||||
|
),
|
||||||
|
ClockPassesTime(clock),
|
||||||
|
ChangeDecimalToValue(
|
||||||
|
time_label, time,
|
||||||
|
rate_func=linear,
|
||||||
|
),
|
||||||
|
ReplacementTransform(
|
||||||
|
t_label,
|
||||||
|
new_t_label,
|
||||||
|
rate_func=squish_rate_func(smooth, 0.5, 0.7),
|
||||||
|
),
|
||||||
|
run_time=time
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
ShowCreationThenFadeAround(
|
||||||
|
new_t_label.get_part_by_tex("t")
|
||||||
|
),
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
FadeOut(clock),
|
||||||
|
ChangeDecimalToValue(time_label, 0),
|
||||||
|
VFadeOut(time_group),
|
||||||
|
self.get_graph_time_change_animation(
|
||||||
|
graph,
|
||||||
|
new_time=0,
|
||||||
|
),
|
||||||
|
run_time=1,
|
||||||
|
rate_func=smooth,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.graph_label_group.remove(t_label)
|
||||||
|
self.graph_label_group.add(new_t_label)
|
||||||
|
|
||||||
|
def show_surface(self):
|
||||||
|
axes = self.axes
|
||||||
|
graph = self.graph
|
||||||
|
|
||||||
|
axes_copy = axes.deepcopy()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Time axis
|
||||||
|
t_min = 0
|
||||||
|
t_max = 10
|
||||||
|
t_axis = NumberLine(
|
||||||
|
x_min=t_min,
|
||||||
|
x_max=t_max,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
origin = axes.c2p(0, 0)
|
||||||
|
t_axis.shift(origin - t_axis.n2p(0))
|
||||||
|
t_axis.add_numbers(
|
||||||
|
*range(1, t_max + 1),
|
||||||
|
direction=UP,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
time_label = TextMobject("Time")
|
||||||
|
time_label.scale(1.5)
|
||||||
|
time_label.next_to(t_axis, UP)
|
||||||
|
t_axis.add(time_label)
|
||||||
|
# t_axis.rotate(90 * DEGREES, LEFT, about_point=origin)
|
||||||
|
t_axis.rotate(90 * DEGREES, UP, about_point=origin)
|
||||||
|
|
||||||
|
# New parts of graph
|
||||||
|
step = 0.25
|
||||||
|
graph_slices = VGroup(*[
|
||||||
|
self.get_graph(time=t).shift(
|
||||||
|
t * IN
|
||||||
|
)
|
||||||
|
for t in np.arange(0, t_max + step, step)
|
||||||
|
])
|
||||||
|
graph_slices.set_stroke(width=1)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Input plane
|
||||||
|
x_axis = self.axes.x_axis
|
||||||
|
y = axes.c2p(0, 0)[1]
|
||||||
|
surface_config = {
|
||||||
|
"u_min": self.graph_x_min,
|
||||||
|
"u_max": self.graph_x_max,
|
||||||
|
"v_min": t_min,
|
||||||
|
"v_max": t_max,
|
||||||
|
"resolution": 20,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
input_plane = ParametricSurface(
|
||||||
|
lambda x, t: np.array([
|
||||||
|
x_axis.n2p(x)[0],
|
||||||
|
y,
|
||||||
|
t_axis.n2p(t)[2],
|
||||||
|
]),
|
||||||
|
**surface_config,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
input_plane.set_style(
|
||||||
|
fill_opacity=0.5,
|
||||||
|
fill_color=BLUE_B,
|
||||||
|
stroke_width=0.5,
|
||||||
|
stroke_color=WHITE,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Surface
|
||||||
|
y_axis = axes.y_axis
|
||||||
|
surface = ParametricSurface(
|
||||||
|
lambda x, t: np.array([
|
||||||
|
x_axis.n2p(x)[0],
|
||||||
|
y_axis.n2p(self.temp_func(x, t))[1],
|
||||||
|
t_axis.n2p(t)[2],
|
||||||
|
]),
|
||||||
|
**surface_config,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
surface.set_style(
|
||||||
|
fill_opacity=0,
|
||||||
|
stroke_width=0.5,
|
||||||
|
stroke_color=WHITE,
|
||||||
|
stroke_opacity=0.5,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Rotate everything on screen and move camera
|
||||||
|
# in such a way that it looks the same
|
||||||
|
curr_group = Group(*self.get_mobjects())
|
||||||
|
curr_group.clear_updaters()
|
||||||
|
self.set_camera_orientation(
|
||||||
|
phi=90 * DEGREES,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
mobs = [
|
||||||
|
curr_group,
|
||||||
|
graph_slices,
|
||||||
|
t_axis,
|
||||||
|
input_plane,
|
||||||
|
surface,
|
||||||
|
]
|
||||||
|
for mob in mobs:
|
||||||
|
self.orient_mobject_for_3d(mob)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Clean current mobjects
|
||||||
|
self.x_label.set_stroke(BLACK, 2, background=True)
|
||||||
|
self.x_label[-1][0].fade(1)
|
||||||
|
|
||||||
|
self.move_camera(
|
||||||
|
phi=80 * DEGREES,
|
||||||
|
theta=-85 * DEGREES,
|
||||||
|
added_anims=[
|
||||||
|
Write(input_plane),
|
||||||
|
Write(t_axis),
|
||||||
|
FadeOut(self.graph_label_group),
|
||||||
|
self.rod.set_opacity, 1,
|
||||||
|
]
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.begin_ambient_camera_rotation()
|
||||||
|
self.add(*graph_slices, *self.get_mobjects())
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
FadeIn(surface),
|
||||||
|
LaggedStart(*[
|
||||||
|
TransformFromCopy(graph, graph_slice)
|
||||||
|
for graph_slice in graph_slices
|
||||||
|
])
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.wait(4)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Show slices
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|
self.axes = axes_copy # So get_graph works...
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||||||
|
|
||||||
|
def get_time_slice(t):
|
||||||
|
new_slice = self.get_graph(t)
|
||||||
|
new_slice.set_shade_in_3d(True)
|
||||||
|
self.orient_mobject_for_3d(new_slice)
|
||||||
|
new_slice.shift(t * UP)
|
||||||
|
return new_slice
|
||||||
|
|
||||||
|
graph.set_shade_in_3d(True)
|
||||||
|
t_tracker = ValueTracker(0)
|
||||||
|
graph.add_updater(lambda g: g.become(
|
||||||
|
get_time_slice(t_tracker.get_value())
|
||||||
|
))
|
||||||
|
|
||||||
|
self.play(
|
||||||
|
t_tracker.set_value, 10,
|
||||||
|
self.rod.shift, 10 * UP,
|
||||||
|
ApplyMethod(
|
||||||
|
graph_slices.set_stroke, {"opacity": 0.5},
|
||||||
|
rate_func=squish_rate_func(smooth, 0, 0.2),
|
||||||
|
),
|
||||||
|
run_time=10,
|
||||||
|
rate_func=linear,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
self.wait()
|
||||||
|
|
||||||
|
#
|
||||||
|
def get_graph(self, time=0):
|
||||||
|
graph = self.axes.get_graph(
|
||||||
|
lambda x: self.temp_func(x, time),
|
||||||
|
x_min=self.graph_x_min,
|
||||||
|
x_max=self.graph_x_max,
|
||||||
|
step_size=self.step_size,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
graph.time = time
|
||||||
|
graph.color_using_background_image("VerticalTempGradient")
|
||||||
|
return graph
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_graph_time_change_animation(self, graph, new_time, **kwargs):
|
||||||
|
old_time = graph.time
|
||||||
|
graph.time = new_time
|
||||||
|
config = {
|
||||||
|
"run_time": abs(new_time - old_time),
|
||||||
|
"rate_func": linear,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
config.update(kwargs)
|
||||||
|
|
||||||
|
return UpdateFromAlphaFunc(
|
||||||
|
graph,
|
||||||
|
lambda g, a: g.become(
|
||||||
|
self.get_graph(interpolate(
|
||||||
|
old_time, new_time, a
|
||||||
|
))
|
||||||
|
),
|
||||||
|
**config
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
def orient_mobject_for_3d(self, mob):
|
||||||
|
mob.rotate(
|
||||||
|
90 * DEGREES,
|
||||||
|
axis=RIGHT,
|
||||||
|
about_point=ORIGIN
|
||||||
|
)
|
||||||
|
mob.shift(1 * DOWN)
|
||||||
|
return mob
|
||||||
|
|
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