Урок 8.3: Волновая анимация

Модуль 8 ⏱️ ~1 час

Построение волны

Волны задаются синусоидой, где x — позиция, a — амплитуда, f — частота, t — время.

float y = (float)Math.Sin(x * frequency + time) * amplitude;
e.Graphics.DrawLine(pen, x, centerY + y, x + 1, centerY + nextY);

Интерференция

Несколько волн с разными частотами создают интересные динамические эффекты.

📝 Пример задания — волновая анимация

Три волны рисуются разными цветами и смещены по вертикали. Каждая волна — суперпозиция двух синусоид: sin(x + t) + 0.5*sin(2x + 0.5t):

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Drawing2D;
using System.Windows.Forms;

namespace CSharpGraphicsApp
{
    public class Task23_WaveAnimation : Form
    {
        private float time = 0;
        private readonly Timer timer = new Timer();
        private int waveCount = 3;

        public Task23_WaveAnimation()
        {
            Text = "Задание 23 — Волновая анимация (Wave Animation)";
            Size = new Size(900, 500);
            BackColor = Color.White;
            DoubleBuffered = true;
            Paint += Form_Paint;

            timer.Interval = 16;
            timer.Tick += (s, e) => { time += 0.05f; Invalidate(); };
            timer.Start();
            FormClosed += (s, e) => timer.Stop();
        }

        private void Form_Paint(object sender, PaintEventArgs e)
        {
            e.Graphics.SmoothingMode = SmoothingMode.AntiAlias;
            e.Graphics.Clear(Color.White);

            int centerY = ClientSize.Height / 2;
            int width = ClientSize.Width;
            float amplitude = 30f;

            Color[] colors = { Color.Red, Color.Blue, Color.Green };

            for (int w = 0; w < waveCount; w++)
            {
                var points = new List<PointF>();

                for (int x = 0; x < width; x += 2)
                {
                    float nx = (float)x / width * 4 * (float)Math.PI;
                    float y = (float)Math.Sin(nx + time) * amplitude;
                    y += (float)Math.Sin(nx * 2 + time * 0.5f) * amplitude * 0.5f;

                    float offset = (w - waveCount / 2f) * 60;
                    points.Add(new PointF(x, centerY + y + offset));
                }

                if (points.Count > 1)
                    using (var pen = new Pen(colors[w % colors.Length], 2.5f))
                        e.Graphics.DrawLines(pen, points.ToArray());
            }

            e.Graphics.DrawLine(Pens.LightGray, 0, centerY, width, centerY);

            var font = new Font("Segoe UI", 10, FontStyle.Bold);
            e.Graphics.DrawString("Волны: sin(x+t) + 0.5·sin(2x+0.5t)",
                font, Brushes.Black, 10, 10);

            int lx = width - 150;
            for (int i = 0; i < waveCount; i++)
                e.Graphics.DrawString($"Волна {i + 1}", font,
                    new SolidBrush(colors[i]), lx, 20 + i * 25);
        }
    }
}

Практическое задание

Нарисуйте несколько синусоидальных волн.
Добавьте анимацию времени.
Измените амплитуду и частоту.
Добавьте легенду с цветами для каждой волны.

Задание по аналогии: Волновая анимация

По аналогии с Task23_WaveAnimation реализуйте анимированные волны с интерференцией.

Добавьте поле float time = 0 и Timer с Interval = 16 мс. В Timer_Tick увеличивайте time += 0.05f и вызывайте Invalidate().
В Form_Paint для каждой волны создавайте список точек List<PointF>: перебирайте x от 0 до width с шагом 2, вычисляйте nx = x / width * 4π.
Рассчитайте y как суперпозицию двух синусоид: sin(nx + time) * amplitude + sin(2*nx + time*0.5) * amplitude * 0.5.
Смещайте каждую волну по вертикали: offset = (w - waveCount/2) * 60. Рисуйте через DrawLines пером нужного цвета.
Добавьте легенду: в правой части формы выводите название волны нужным цветом через DrawString.

Пример результата выполнения задания:

Скриншот программы (Task23)

💡 Совет: Сделайте шаг по x равным 2 (а не 1) — это вдвое снижает число точек без заметной потери качества и ускоряет DrawLines.

Проверка

Каким образом увеличение частоты меняет форму волны? Почему одна волна может проходить сквозь другую?