P5jsで拡散律速凝集（DLA）の結晶生成をシミュレーションする

let flowing_perticles = [];
let fixed_perticles = [];
let initial_size = 300;
let porse = false;
let adsorption_distance = 6; // 吸着距離
let max_size = 50000;


frame_rate = 30;
let canvas_size = {width: 400, height: 400} //px
let center = {
  x: canvas_size.width / 2,
  y: canvas_size.height / 2,
}

let bg_color = null;
let flowing_color = null;
let fixed_color = null;

// 再描画
function restart() {
  ini();
}

// 初期化
function ini() {
  let array = [];
  fixed_perticles = [new Perticle(canvas_size.width / 2, canvas_size.height / 2)];
  flowing_perticles = setRandomPositions();
  porse = false;
}

// 粒子をランダムに配置する
function setRandomPositions(){
  let array = [];
  let half = Math.floor(canvas_size.height / 2);
  for(let i = 0; i < initial_size; i++){
    let r = random(30, half);
    let theta = random(0, 2*PI);
    let x = int(center.x + r*cos(theta));
    let y = int(center.y + r*sin(theta));
    array.push(new Perticle(x, y));
  }
  return array;
}


// p5js
function setup() {
  let canvas = createCanvas(canvas_size.width, canvas_size.height);
  canvas.parent('canvas');
  // フーレームレートを1/1secにする
  frameRate(frame_rate);

  bg_color = color(10, 10, 10);
  flowing_color = color(0, 163, 245);
  fixed_color = color(159, 217, 246);
  background(bg_color);
  // 描画を繰り返さない。
  ini();
}

function draw() {
  if (!porse) {
    // 粒子の動き
    action();
    
    // 描画
    background(bg_color);
    drawPerticles(flowing_perticles, flowing_color);
    drawPerticles(fixed_perticles, fixed_color);

    document.getElementById('count').innerHTML = fixed_perticles.length;
    if (fixed_perticles.length > max_size){
      // 一定のクラスタ数で止める
      porse = true;
    }
  }else{
    // 停止中はクラスタだけ表示
    background(bg_color);
    drawPerticles(fixed_perticles, fixed_color);
  }
}

// 粒子の動き
function action(){
  // 粒子が動く
  for (let flow of flowing_perticles) {
    flow.move();
  }
  let to_fix = [];
  let remove = [];
  // 新しく結晶化した300個だけ比較する
  let not_compare = Math.max(0, fixed_perticles.length - 10000);

  for(let i in flowing_perticles){
    let flow = flowing_perticles[i];
    // 描画範囲外の判定
    if(is_out(flow)){
      remove.push(i);
      continue;
    }
    // 吸着の判定
    for (let j = fixed_perticles.length - 1; not_compare <= j; j--){
      let fixed = fixed_perticles[j];
      // if(abs(fixed.x - flow.x) > adsorption_distance){
      //   // x軸が吸着距離より離れているとき
      //   continue;
      // }
      if(is_closed(flow, fixed)){
        to_fix.push(flow); // クラスタに追加する粒子
        remove.push(i); // 取り除く粒子
        continue;
      }
    }
  }
  // 吸着した粒子を固定する
  fixed_perticles = fixed_perticles.concat(to_fix);
  // 粒子を除き新たに生成する
  let half = Math.floor(canvas_size.height / 2);
  for(let i of remove){
    // randomな初期値
    let r = random(half / 2, half);
    let theta = random(0, 2*PI);
    let x = int(center.x + r*cos(theta));
    let y = int(center.y + r*sin(theta));
    flowing_perticles[i] = new Perticle(x, y);
  }
}

// 近接したか判定
function is_closed(a, b){
  // ユークリッド距離
  // let d = Math.sqrt(Math.pow(a.x - b.x, 2) + Math.pow(a.y - b.y, 2));
  // マンハッタン距離
  let d = abs(a.x - b.x) + abs(a.y - b.y);
  if( d < adsorption_distance){
    return true;
  }
  return false;
}

// 描画範囲外か判定
function is_out(a){
  if(a.x < 0 || canvas_size.width < a.x ||
    a.y < 0 || canvas_size.height < a.y){
      return true;
    }
  return false;
}

function drawPerticles(array, color){
  let r = adsorption_distance;
  noStroke();
  fill(color);
  for(let ele of array){
    ellipse(int(ele.x), int(ele.y), r, r);
  }
}


class Perticle{
  constructor(x, y){
    this.x = x;
    this.y = y;
    this.r = 5;
  }
  // ブラウン運動
  move(){
    let r = random(0, this.r);
    let theta = random(0, 2 * PI);
    this.x += r * cos(theta);
    this.y += r * sin(theta);
  }
}