TP2
- Trabajo Práctico 2: Simulador de materiales (“falling sand”)
Trabajo Práctico 2: Simulador de materiales (“falling sand”)
Introducción
Se evaluarán los siguientes conceptos:
- Programación funcional (el programa debe ser escrito en lenguaje Clojure)
- Programación orientada a eventos
- Interfaces gráficas
- Concurrencia
Duración
3 semanas
Lenguaje principal
Clojure
Interfaz de usuario
JavaFX
Grupos de Trabajo
Parejas. Se priorizará mantener el equipo del TP 1.
1. Consigna general
Desarrollar un simulador interactivo de materiales. El mundo es una grilla de píxeles y cada píxel contiene un material (arena, agua, lava, vapor, etc.). Cada material se comporta de una forma distinta: la arena cae, el agua fluye, el vapor sube, y los materiales reaccionan cuando se tocan (el agua apaga el fuego y produce vapor, la lava convierte la arena en vidrio, etc.). El usuario dibuja materiales con el mouse y observa cómo evoluciona la simulación.
La simulación es determinista y no usa números aleatorios: dado el estado de la grilla y el número de paso, el estado siguiente es siempre el mismo. Esto permite verificar el funcionamiento con resultados exactos, y que todos los grupos obtengan el mismo comportamiento. Por eso este enunciado especifica el comportamiento completo de cada paso de simulación (sección 4). Cómo se representan los datos, cómo se organiza el código y cómo se implementan las reglas es decisión de cada grupo.
2. Objetivos de aprendizaje
Al finalizar el trabajo práctico, el equipo deberá demostrar que puede:
- modelar el estado del mundo y las reglas de cada material con datos inmutables;
- expresar la evolución del sistema como una transformación del estado anterior en un estado nuevo;
- descomponer un problema en una regla local que se aplica de forma independiente sobre toda la grilla, y aprovechar esa independencia para calcular en paralelo;
- mantener una interfaz gráfica fluida mientras se calcula la simulación;
- justificar decisiones de diseño y de implementación.
3. Interfaz esperada
La interfaz no tiene que ser idéntica a la de referencia, pero debe ofrecer una experiencia equivalente:
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Material │
│ (•) aire │
│ ( ) pared │
│ ┌──────────────────────────────────────────┐ ( ) arena │
│ │ │ ( ) agua │
│ │ │ ( ) vapor │
│ │ Grilla de 160 x 120 celdas │ ( ) lava │
│ │ (cada celda de 5 x 5 píxeles) │ ( ) fuego │
│ │ │ ( ) madera │
│ │ │ ( ) piedra │
│ │ │ ( ) vidrio │
│ └──────────────────────────────────────────┘ Radio: ──●── │
│ [ Pausa ] │
│ [ Paso ] │
│ [ Limpiar ] │
│ paso: 1234 │
│ partículas: │
│ 3120 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Comportamiento esperado de la interfaz
- Grilla: se dibuja la grilla actual. El tamaño por defecto es 160 x 120 celdas. Cada celda se muestra como un cuadrado de varios píxeles de lado (por ejemplo 5 x 5). Cada material tiene un color propio.
- Pintar: al presionar y arrastrar el mouse sobre la grilla, se pintan celdas con el material seleccionado. Se pinta un disco de radio
rceldas alrededor del cursor: una celda(x, y)pertenece al disco centrado en(cx, cy)si(x - cx)² + (y - cy)² ≤ r². Las celdas fuera de la grilla se ignoran. Al arrastrar rápido no deben quedar huecos entre un evento y el siguiente: se debe pintar a lo largo del segmento que une la posición anterior con la actual. Pintar reemplaza lo que hubiera en la celda. - Selector de material: permite elegir el material con el que se pinta. Seleccionar
airefunciona como goma de borrar. - Radio: permite elegir el radio del pincel (por ejemplo de 1 a 12 celdas).
- Pausa / Reanudar: detiene y reanuda la simulación. Con la simulación en pausa se puede seguir pintando.
- Paso: con la simulación en pausa, avanza exactamente un paso.
- Limpiar: reemplaza la grilla por una grilla vacía (todo aire).
- Indicadores: número de paso y cantidad de partículas (celdas que no son aire).
- Velocidad: se toma como objetivo orientativo procesar unos 60 pasos por segundo con la grilla por defecto. No se exige una cantidad mínima de pasos por segundo ni una aceleración medida; si el cálculo no alcanza ese ritmo, la simulación puede avanzar más despacio, pero sin saltear pasos. Pintar mientras la simulación corre no debe perder ni lo pintado ni el avance de la simulación.
4. Especificación de la simulación
Esta sección es normativa: la simulación debe producir exactamente los resultados que aquí se describen.
4.1 El mundo
- El mundo es una grilla rectangular de celdas. Cada celda contiene exactamente un material de los de la sección 5.
- La fila 0 es la de arriba: “abajo” significa fila creciente.
- La simulación empieza en el paso 0. Cada vez que se avanza un paso, el número de paso aumenta en 1. Avanzar un paso produce una grilla nueva a partir de la anterior.
- El comportamiento debe ser correcto para grillas de cualquier tamaño, incluyendo dimensiones impares y muy chicas.
- Los tipos, densidades y períodos de movimiento determinan el comportamiento general de movimiento; esas reglas no dependen de nombres de materiales. Decaimientos y reacciones son excepciones explícitas, definidas como datos en las secciones 5.2 y 5.3. Un material nuevo comparte el comportamiento general de movimiento de otros con las mismas propiedades, pero solo decae o participa en reacciones si se especifica para él.
- No se puede usar ninguna fuente de azar (generadores de números aleatorios, reloj, etc.).
4.2 Partición en bloques
En cada paso la grilla se divide en bloques de 2 x 2 celdas que no se superponen. Las reglas de reacción y de movimiento se aplican a cada bloque de forma independiente, usando solamente el contenido de ese bloque. Como ninguna celda pertenece a dos bloques en el mismo paso, dos partículas nunca pueden competir por la misma celda destino: no hay conflictos de movimiento. Por la misma razón, todos los bloques de un paso se pueden calcular en paralelo.
Desplazamiento. La posición de la partición cambia en cada paso, cíclicamente con período 4. Sea p el resto de dividir el número de paso por 4; el desplazamiento (ox, oy) (columnas, filas) es:
p | (ox, oy) |
|---|---|
| 0 | (0, 0) |
| 1 | (1, 1) |
| 2 | (1, 0) |
| 3 | (0, 1) |
Los bloques simulados son aquellos cuya esquina superior izquierda está en la columna ox + 2·bx y la fila oy + 2·by, con bx, by ≥ 0, tales que el bloque entra completo en la grilla. El par (bx, by) es el índice del bloque.
Las celdas que no pertenecen a ningún bloque (por ejemplo, la columna 0 cuando ox = 1, o la última columna si sobra una) no cambian en ese paso.
Cada bloque se numera con cuatro posiciones:
0 1
2 3
Al procesar un paso, todos los bloques leen de la grilla del paso anterior, nunca de la que se está construyendo. Por eso el resultado no depende del orden en que se procesen. Una consecuencia es que una partícula se mueve a lo sumo una celda por paso en cada dirección, porque nunca sale de su bloque.
4.3 Decisiones “una de cada N veces”
Varias reglas ocurren “una de cada N veces”. Para mantener el determinismo se decide con una cuenta matemática. A cada bloque se le asigna en cada paso una fase:
fase = ⌊número de paso / 4⌋ + 3·bx + 5·by
(la división es entera, con (bx, by) el índice del bloque).
Cada punto de decisión de la regla del bloque tiene un número de decisión k fijo (se indican en 4.4). Una decisión de período N se cumple si y solo si:
(fase + 7·k) es múltiplo de N
Con N = 1 la decisión se cumple siempre.
Ejemplo. Sea el bloque de índice (bx, by) = (1, 2), la decisión k = 5 y N = 3. Entonces fase = ⌊paso / 4⌋ + 3·1 + 5·2 = ⌊paso / 4⌋ + 13, y fase + 7·5 = ⌊paso / 4⌋ + 48. Como 48 es múltiplo de 3, la decisión se cumple cuando ⌊paso / 4⌋ es múltiplo de 3:
| paso | 0–3 | 4–7 | 8–11 | 12–15 | 16–19 | 20–23 | 24–27 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ⌊paso / 4⌋ | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| ¿se cumple? | sí | no | no | sí | no | no | sí |
Para este bloque la decisión se cumple en los pasos 0 a 3, 12 a 15, 24 a 27, etc.: durante 4 pasos seguidos y luego deja de cumplirse durante 8. Como el desplazamiento cambia en cada paso, esos 4 pasos corresponden a 4 grupos de celdas distintos. En promedio se cumple una de cada 3 veces.
Por qué estas fórmulas. La fase usa el índice del bloque y no las coordenadas de las celdas: con la partición desplazada, la paridad de
x + yde un bloque quedaría fija en cada paso y algunas reglas de período 2 nunca se activarían. Usa⌊paso / 4⌋porque el resto de dividir el paso por 4 ya determina el desplazamiento: con el paso completo, un bloque con un mismo desplazamiento vería siempre la misma paridad. El factor7·khace que las distintas decisiones de un mismo bloque no coincidan todas en el mismo paso.
4.4 Regla del bloque
Dado el contenido de las cuatro posiciones de un bloque y su fase, se calcula el contenido nuevo aplicando tres etapas, en este orden. Cada etapa parte del resultado de la anterior.
Etapa 1: decaimiento
Se recorren las posiciones 0, 1, 2, 3 en ese orden. Si el material de la posición tiene decaimiento (destino, N) y se cumple la decisión de período N con k igual al número de la posición, la posición pasa a contener destino.
Ejemplos. El fuego decae a aire con N = 10. En un bloque [pared, fuego, pared, pared] el fuego está en la posición 1, así que k = 1 y se evalúa (fase + 7) mod 10:
- con fase 3: 3 + 7 = 10, es múltiplo de 10, el fuego pasa a aire:
[pared, aire, pared, pared]; - con fase 0: 7 no es múltiplo de 10, no cambia.
El vapor decae a agua con N = 100. En [pared, vapor, pared, pared] con fase 93 se cumple (93 + 7 = 100) y queda [pared, agua, pared, pared]; con fase 92 no.
Etapa 2: reacciones
Se recorren los siguientes pares de posiciones, en este orden. El número de par q se indica en la tabla:
q | Par |
|---|---|
| 0 | 0 y 1 |
| 1 | 2 y 3 |
| 2 | 0 y 2 |
| 3 | 1 y 3 |
| 4 | 0 y 3 |
| 5 | 1 y 2 |
Para cada par, sean A y B los materiales actuales de la primera y la segunda posición del par (los que dejaron las reacciones anteriores de este mismo bloque). Si la tabla de reacciones (sección 5.3) tiene una reacción entre A y B (en cualquier orden) con período N, y se cumple la decisión de período N con k = 4 + q, entonces cada posición cambia al material resultante que la tabla asigna al material que esa posición contenía: la posición que contenía A pasa a lo que la reacción produce a partir de A, y la que contenía B, a lo que produce a partir de B. Si no hay reacción, no pasa nada.
Ejemplos. En el bloque [fuego, agua, pared, pared] el par 0 y 1 (q = 0) tiene la reacción fuego-agua con N = 2, con k = 4; se cumple si fase + 28 es par:
- con fase 2: el fuego pasa a aire y el agua a vapor,
[aire, vapor, pared, pared]; - con fase 3: no se cumple, el bloque no cambia.
Para el par A = fuego, B = madera (N = 20, k = 4), con fase 12 se cumple (12 + 28 = 40) y el bloque [fuego, madera, pared, pared] pasa a [fuego, fuego, pared, pared]; con fase 11 no.
Los pares se evalúan con los materiales actuales. En [fuego, agua, lava, pared] con fase 2, el primer par (0 y 1) convierte el agua en vapor. Cuando se evalúa el par 1 y 2, la posición 1 ya contiene vapor y no hay reacción entre vapor y lava. Resultado: [aire, vapor, lava, pared]. La reacción agua-lava no ocurre, aunque estaban en el mismo bloque al comienzo.
Etapa 3: movimiento
Permiso de movimiento. Antes de mover nada, se calcula para cada posición si puede moverse en este paso (ejemplo al final de esta etapa). La posición i puede moverse si su material no es de tipo fijo y se cumple la decisión de período igual al período de movimiento del material, con k = 10 + i (si el material no define período de movimiento, se considera 1). Este permiso pertenece a la posición, no al material: no se recalcula cuando se hacen intercambios, de modo que un material que llega a una posición hereda el permiso de esa posición.
Intercambio por densidad. Dos posiciones, una “de arriba” y otra “de abajo”, intercambian sus contenidos si ambas tienen permiso de movimiento y la de arriba contiene un material de densidad estrictamente mayor que el de la de abajo. (La densidad de un material que no la define es 0. Los gases tienen densidad negativa, por lo que el aire “es más denso” que ellos y se intercambia: así suben.) Se aplican en este orden:
- arriba = 0, abajo = 2;
- arriba = 1, abajo = 3;
- las dos diagonales, en un orden que depende de la fase: si se cumple la decisión de período 2 con
k = 14, primero arriba = 0, abajo = 3 y después arriba = 1, abajo = 2; si no, primero arriba = 1, abajo = 2 y después arriba = 0, abajo = 3.
Deslizamiento horizontal. Dos posiciones vecinas en la misma fila intercambian sus contenidos si se cumplen todas estas condiciones:
- ambas tienen permiso de movimiento;
- se cumple la decisión de período 2 con el
kde la fila (ver abajo); - una de las dos contiene un material que se desplaza y la otra contiene un material de tipo vacío.
Un material se desplaza horizontalmente si es de tipo gas (en cualquiera de las dos filas del bloque) o de tipo líquido (solo en la fila inferior del bloque). Los materiales de tipo polvo y fijo no se deslizan.
La restricción para los líquidos evita que se desparramen en el aire mientras están cayendo: solo se deslizan cuando están apoyados.
Se aplican en este orden:
- fila superior (posiciones 0 y 1), con
k = 15; - fila inferior (posiciones 2 y 3), con
k = 16.
El resultado de la etapa 3 es el contenido nuevo del bloque.
Ejemplo de permiso de movimiento. La lava tiene período de movimiento 3. En [aire, aire, lava, aire] la lava está en la posición 2, con k = 12:
- con fase 0: 0 + 84 = 84 es múltiplo de 3, puede moverse. Como el deslizamiento de la fila inferior (
k = 16, 0 + 112 es par) se cumple, la lava pasa a la posición 3:[aire, aire, aire, lava]; - con fase 1: 1 + 84 = 85 no es múltiplo de 3, no puede moverse y el bloque no cambia.
Ejemplo de deslizamiento. El agua en la fila inferior se desliza hacia un vacío vecino: [pared, pared, agua, aire] con fase 0 pasa a [pared, pared, aire, agua] (k = 16, 112 es par); con fase 1 no cambia (113 es impar). En cambio, un líquido en la fila superior no se desliza: [agua, aire, pared, pared] no cambia con ninguna fase. Un gas sí se desliza en la fila superior: [vapor, aire, pared, pared] con fase 1 pasa a [aire, vapor, pared, pared] (k = 15, 1 + 105 = 106 es par).
Ejemplo completo de un bloque. Bloque [agua, aire, aire, aire] con fase 0:
- Decaimiento: el agua no decae. Nada cambia.
- Reacciones: no hay reacciones entre agua y aire. Nada cambia.
- Movimiento:
- permisos: las cuatro posiciones pueden moverse (ni el agua ni el aire son fijos, y su período de movimiento es 1);
- arriba = 0, abajo = 2: la densidad del agua (2) es mayor que la del aire (0), se intercambian:
[aire, aire, agua, aire]; - arriba = 1, abajo = 3: aire con aire, no hay intercambio;
- diagonales:
k = 14, 0 + 98 es par, se prueba primero 0-3 y luego 1-2. En ninguna la de arriba es más densa: no hay intercambio; - fila superior: dos aires, no hay deslizamiento;
- fila inferior:
k = 16, 112 es par; el agua está en la posición 2 y hay aire en la 3, se intercambian.
Resultado:
[aire, aire, aire, agua].
Con fase 1 el mismo bloque da [aire, aire, agua, aire]: cae igual, pero 113 es impar y no se desliza.
Resumen de números de decisión k
| Decisión | k |
|---|---|
Decaimiento de la posición i | i (0 a 3) |
Reacción del par número q | 4 + q (4 a 9) |
Permiso de movimiento de la posición i | 10 + i (10 a 13) |
| Orden de las diagonales | 14 |
| Deslizamiento de la fila superior | 15 |
| Deslizamiento de la fila inferior | 16 |
5. Materiales obligatorios
5.1 Propiedades
Cada material tiene un tipo:
- vacío: espacio libre. Los demás materiales pueden desplazarlo.
- fijo: no se mueve nunca.
- polvo: cae y puede hundirse en materiales menos densos.
- líquido: cae, se hunde en materiales menos densos y se desliza horizontalmente cuando está apoyado.
- gas: tiene densidad negativa, sube y se desliza en cualquier fila.
y, opcionalmente, estas propiedades:
- densidad (entero; 0 si no se define);
- período de movimiento
N: el material solo puede moverse en una de cadaNdecisiones (viscosidad; 1 si no se define); - decaimiento
(destino, N): el material se transforma endestinoen una de cadaNdecisiones.
5.2 Tabla de materiales
| Material | Símbolo | Color (ARGB) | Tipo | Densidad | Período de movimiento | Decaimiento |
|---|---|---|---|---|---|---|
| aire | . | 0xFF000000 | vacío | 0 | (1) | no |
| pared | # | 0xFF808080 | fijo | (0) | (1) | no |
| piedra | p | 0xFF555560 | fijo | (0) | (1) | no |
| vidrio | v | 0xFF9EDCE8 | fijo | (0) | (1) | no |
| madera | m | 0xFF8B5A2B | fijo | (0) | (1) | no |
| arena | a | 0xFFE0C068 | polvo | 4 | (1) | no |
| agua | g | 0xFF2060E0 | líquido | 2 | (1) | no |
| lava | l | 0xFFE85010 | líquido | 3 | 3 | no |
| vapor | ^ | 0xFFC8C8D8 | gas | -1 | (1) | agua, N = 100 |
| fuego | f | 0xFFFFC020 | gas | -2 | (1) | aire, N = 10 |
Los valores entre paréntesis son los valores por defecto cuando la propiedad no está definida. Los colores son una sugerencia (pueden usarse otros). El símbolo es la representación en texto que se usa en este enunciado para escribir grillas (por ejemplo .a..).
5.3 Reacciones
Cada reacción vale para dos materiales vecinos en el mismo bloque, en cualquiera de los dos órdenes (ver etapa 2 de 4.4).
| Materiales | Resultado | Período N | Descripción |
|---|---|---|---|
| fuego, agua | fuego → aire, agua → vapor | 2 | El agua apaga el fuego y se convierte en vapor |
| agua, lava | agua → vapor, lava → piedra | 2 | El agua enfría la lava: queda piedra y vapor |
| arena, lava | arena → vidrio, lava → lava | 20 | La lava funde la arena en vidrio |
| fuego, madera | fuego → fuego, madera → fuego | 20 | El fuego incendia la madera |
| lava, madera | lava → lava, madera → fuego | 5 | La lava enciende la madera |
En la reacción fuego-madera, la madera se convierte en fuego, que luego decae a aire: así es como la madera “se quema”.
5.4 Comportamiento resultante
Estas descripciones son consecuencia de las propiedades y las reglas anteriores; sirven como guía para verificar la implementación.
- Pared, piedra, vidrio, madera: no se mueven. Bloquean a todos los demás.
- Arena (densidad 4): cae, y baja en diagonal cuando no puede caer recto. Es el material móvil más denso: se hunde en el agua y en la lava.
- Agua (densidad 2): cae, baja en diagonal y se desliza sobre el piso, por lo que tiende a nivelarse. Flota sobre la lava y se hunde en los gases.
- Lava (densidad 3, período de movimiento 3): como el agua, pero solo puede moverse en una de cada 3 decisiones, así que es viscosa. Se hunde en el agua.
- Vapor (densidad -1): gas que sube y se desliza. Se condensa a agua en una de cada 100 decisiones.
- Fuego (densidad -2): gas que sube y se desliza. Se apaga (se convierte en aire) en una de cada 10 decisiones. Es menos denso que el vapor.
6. Ejemplos verificables
Estos ejemplos sirven para verificar la implementación. Recomendamos escribir tests automáticos que comparen el resultado de la simulación con los resultados esperados.
Los bloques se escriben como [posición 0, posición 1, posición 2, posición 3].
6.1 Regla del bloque
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| arena, aire, aire, aire | 0 | aire, aire, arena, aire | La arena cae |
| aire, arena, aire, aire | 0 | aire, aire, aire, arena | Cae por la columna derecha |
| arena, aire, pared, aire | 0 | aire, aire, pared, arena | Cae en diagonal porque abajo hay pared |
| arena, aire, agua, aire | 0 | aire, aire, arena, agua | La arena se hunde: intercambia con el agua |
| aire, aire, agua, aire | 0 | aire, aire, aire, agua | El agua apoyada se desliza |
| aire, aire, agua, aire | 1 | aire, aire, agua, aire | En esta fase no se desliza (1 de cada 2) |
| aire, aire, vapor, aire | 0 | vapor, aire, aire, aire | El vapor sube |
| agua, aire, lava, aire | 0 | vapor, aire, piedra, aire | Reacción agua-lava (par 0 y 2) |
| agua, aire, lava, aire | 1 | aire, aire, lava, agua | Sin reacción en esta fase; el agua baja en diagonal |
| lava, aire, aire, aire | 0 | lava, aire, aire, aire | Lava viscosa: no se mueve |
| lava, aire, aire, aire | 1 | lava, aire, aire, aire | Idem |
| lava, aire, aire, aire | 2 | aire, aire, aire, lava | Se mueve: cae y luego se desliza (ver nota) |
| fuego, aire, aire, aire | 0 | aire, aire, aire, aire | El fuego se apaga (decaimiento con N = 10) |
Nota sobre la lava con fase 2: el permiso de movimiento se calcula antes de mover y pertenece a la posición. Como la posición 2 (donde hay aire) tiene permiso, después de que la lava cae a la posición 2, el deslizamiento de la fila inferior también la puede mover a la posición 3.
Casos borde
Cada tabla agrupa casos de un mismo tipo. Las columnas son las mismas que arriba.
Bloques que no cambian.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| aire, aire, aire, aire | 0 | aire, aire, aire, aire | Bloque vacío: no cambia |
| pared, pared, pared, pared | 0 | pared, pared, pared, pared | Bloque fijo: no cambia |
| pared, aire, aire, aire | 0 | pared, aire, aire, aire | Un material fijo no se mueve y el aire no lo desplaza |
| arena, arena, pared, pared | 0 | arena, arena, pared, pared | Apoyada sobre material fijo: no se mueve |
| arena, aire, pared, pared | 0 | arena, aire, pared, pared | La arena no se desliza (es polvo) |
| lava, lava, piedra, piedra | 0 | lava, lava, piedra, piedra | Lava apoyada sobre material fijo |
| agua, agua, agua, agua | 0 | agua, agua, agua, agua | Misma densidad: no se intercambian |
Caída.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| arena, aire, aire, pared | 0 | aire, aire, arena, pared | Cae recto |
| arena, aire, pared, aire | 0 | aire, aire, pared, arena | Cae en diagonal: abajo hay pared |
| arena, aire, pared, aire | 1 | aire, aire, pared, arena | Ídem con otra fase |
| aire, arena, pared, aire | 1 | aire, aire, pared, arena | Ídem con la arena en la columna derecha |
| arena, aire, piedra, aire | 0 | aire, aire, piedra, arena | Cae en diagonal sobre piedra |
| vidrio, arena, piedra, aire | 0 | vidrio, aire, piedra, arena | Cae en diagonal; el vidrio no se mueve |
| arena, arena, pared, aire | 0 | arena, aire, pared, arena | Solo una arena puede bajar; la otra queda apoyada |
| arena, arena, aire, aire | 0 | aire, aire, arena, arena | Caen las dos |
| agua, agua, aire, aire | 0 | aire, aire, agua, agua | Caen las dos |
| agua, aire, aire, aire | 1 | aire, aire, agua, aire | Cae y no se desliza (fase 1) |
| agua, aire, aire, aire | 0 | aire, aire, aire, agua | Cae y se desliza (fase 0) |
Hundimiento por densidad.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| arena, aire, agua, aire | 1 | aire, aire, arena, agua | La arena se hunde en el agua |
| arena, arena, agua, agua | 1 | agua, agua, arena, arena | Las dos arenas se hunden y el agua sube |
| arena, aire, lava, aire | 0 | aire, aire, arena, lava | La arena se hunde en la lava |
| lava, aire, agua, aire | 1 | lava, aire, agua, aire | La lava no tiene permiso de movimiento en esta fase: no se hunde |
| lava, aire, agua, aire | 5 | aire, aire, lava, agua | La lava tiene permiso y no hay reacción en esta fase: se hunde en el agua |
Deslizamiento horizontal.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| agua, aire, pared, pared | 0 | agua, aire, pared, pared | Un líquido en la fila superior no se desliza |
| agua, aire, pared, pared | 1 | agua, aire, pared, pared | Ídem con otra fase |
| pared, pared, agua, aire | 0 | pared, pared, aire, agua | Líquido apoyado: se desliza (fase 0) |
| pared, pared, agua, aire | 1 | pared, pared, agua, aire | Líquido apoyado: no se desliza (fase 1) |
| pared, pared, agua, agua | 0 | pared, pared, agua, agua | Sin vacío al lado: no hay deslizamiento |
| aire, aire, pared, agua | 0 | aire, aire, pared, agua | Hay pared al lado: no hay deslizamiento |
| aire, aire, lava, aire | 1 | aire, aire, lava, aire | Lava sin permiso de movimiento: no se desliza |
| aire, aire, lava, aire | 0 | aire, aire, aire, lava | Lava con permiso: se desliza |
Gases.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| aire, aire, vapor, vapor | 0 | vapor, vapor, aire, aire | Los dos suben |
| vapor, vapor, aire, aire | 0 | aire, vapor, aire, agua | El vapor de la posición 0 se condensa (k = 0), cae y se desliza; el otro no cambia |
| vapor, aire, pared, pared | 1 | aire, vapor, pared, pared | Un gas se desliza en la fila superior |
| aire, aire, fuego, aire | 0 | fuego, aire, aire, aire | El fuego sube |
| aire, aire, fuego, aire | 1 | aire, fuego, aire, aire | Sube por la otra columna |
| aire, aire, vapor, fuego | 1 | vapor, fuego, aire, aire | Los dos suben |
| aire, aire, fuego, vapor | 0 | fuego, vapor, aire, aire | Los dos suben |
| vapor, fuego, pared, pared | 1 | vapor, fuego, pared, pared | No hay vacío ni material menos denso debajo: no cambia |
| fuego, fuego, pared, pared | 3 | aire, fuego, pared, pared | La posición 1 decae a aire (k = 1) y el otro fuego se desliza hacia ella |
Reacciones. Cuando la decisión no se cumple, la reacción no ocurre.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| fuego, agua, pared, pared | 2 | aire, vapor, pared, pared | Fuego-agua (N = 2) se cumple |
| fuego, agua, pared, pared | 3 | fuego, agua, pared, pared | No se cumple |
| agua, lava, pared, pared | 2 | vapor, piedra, pared, pared | Agua-lava (N = 2) |
| arena, lava, pared, pared | 12 | vidrio, lava, pared, pared | Arena-lava (N = 20): se cumple |
| arena, lava, pared, pared | 11 | arena, lava, pared, pared | No se cumple |
| lava, madera, pared, pared | 2 | lava, fuego, pared, pared | Lava-madera (N = 5): se cumple |
| lava, madera, pared, pared | 1 | lava, madera, pared, pared | No se cumple |
| fuego, madera, pared, pared | 12 | fuego, fuego, pared, pared | Fuego-madera (N = 20): se cumple |
| fuego, madera, pared, pared | 11 | fuego, madera, pared, pared | No se cumple |
| pared, pared, lava, madera | 0 | pared, pared, lava, fuego | Par de la fila inferior (q = 1, k = 5): se cumple |
| fuego, agua, lava, pared | 2 | aire, vapor, lava, pared | Las reacciones usan los materiales actuales: el agua ya es vapor cuando se evalúa el par con la lava, y agua-lava no ocurre |
Decaimiento.
| Bloque de entrada | Fase | Bloque resultante | Comentario |
|---|---|---|---|
| pared, fuego, pared, pared | 3 | pared, aire, pared, pared | Fuego → aire (N = 10, k = 1) |
| pared, fuego, pared, pared | 0 | pared, fuego, pared, pared | No se cumple |
| pared, vapor, pared, pared | 93 | pared, agua, pared, pared | Vapor → agua (N = 100, k = 1) |
| pared, vapor, pared, pared | 92 | pared, vapor, pared, pared | No se cumple |
6.2 Pasos completos
Grilla de 8 x 5 con un grano de arena (. es aire, # es pared). Cada columna del esquema es la grilla después de n pasos (se aplicaron los pasos número 0, 1, …, n - 1):
n=0 n=1 n=2 n=3 n=4 (y n=5, ...)
...a.... ........ ........ ........ ........
........ ...a.... ........ ........ ........
........ ........ ...a.... ........ ........
........ ........ ........ ...a.... ...a....
######## ######## ######## ######## ########
Grilla de 4 x 4 con una fila de agua arriba, después de n pasos:
n=0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5
gggg .... .... .... .... ....
.... gggg g..g g..g .... ....
.... .... .gg. .gg. gggg gggg
#### #### #### #### #### ####
Las grillas de n = 2 y n = 3 son iguales, pero no son el mismo estado de la simulación: el número de paso es distinto (el siguiente paso usa un desplazamiento distinto) y por eso produce resultados distintos.
Grilla de ancho impar. En una grilla de 5 x 4, las celdas que quedan fuera de todos los bloques no cambian. Con ox = 0 la columna 4 queda afuera; con oy = 1 la fila 0 queda afuera. Un grano en la esquina superior derecha no se mueve durante los pasos 0 y 1; baja una fila durante el paso 2 y aparece en esa posición al terminarlo (n = 3):
n=0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5
....a ....a ....a ..... ..... .....
..... ..... ..... ....a ....a ....a
..... ..... ..... ..... ..... .....
##### ##### ##### ##### ##### #####
Grilla mínima. En una grilla de 3 x 3, el grano baja una fila en el paso 0 y queda apoyado sobre la pared:
n=0 n=1
a.. ...
... a..
### ###
Arena que se hunde en el agua. Grilla de 2 x 5 después de n pasos:
n=0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
a. .. .. .. .. .. ..
.. a. a. a. g. g. g.
gg gg gg gg ag gg gg
gg gg gg gg gg ag ag
## ## ## ## ## ## ##
Vapor que sube. Grilla de 4 x 4 con un vapor abajo a la izquierda (no llega a condensarse en estos pasos), después de n pasos:
n=0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
.... .... .... .^.. .^.. ^... ^...
.... .... .^.. .... .... .... ....
.... .^.. .... .... .... .... ....
^... .... .... .... .... .... ....
Agua en una columna aislada. Grilla de 4 x 5 con una gota arriba a la izquierda; cae y después de varios pasos se desliza una columna hacia la izquierda:
n=0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 n=8
g... .... .... .... .... .... .... .... ....
.... .g.. .... .... .... .... .... .... ....
.... .... ..g. .... .... .... .... .... ....
.... .... .... ..g. ..g. ..g. ..g. .g.. .g..
#### #### #### #### #### #### #### #### ####
7. Requerimientos
Los requerimientos son mínimos. Se permite agregar funcionalidades adicionales y materiales adicionales (sin cambiar las propiedades ni las reacciones de los obligatorios), pero no se otorgarán puntos extra por ello. Se recomienda enfocarse en cumplir los requerimientos mínimos con calidad y claridad.
7.1 Requerimientos funcionales
- La interfaz de la sección 3.
- La simulación de la sección 4, con los materiales y reacciones de la sección 5. Debe reproducir los ejemplos de la sección 6.
7.2 Requerimientos no funcionales
- El programa debe estar escrito en Clojure. Las operaciones de simulación de la grilla deben usar exclusivamente estructuras de datos inmutables y funciones puras.
- La interfaz gráfica debe estar hecha con JavaFX. Opcionalmente se puede escribir el código relacionado con la interfaz gráfica en Java.
- Se debe usar concurrencia:
- Aplicar alguna estrategia de paralelismo para aprovechar los núcleos del CPU y calcular bloques en paralelo (ayuda: recordar que la simulación de cada bloque es independiente de los demás). No se exige una aceleración mínima medida ni alcanzar una cantidad determinada de pasos por segundo.
- La interfaz gráfica no debe quedar bloqueada mientras se calcula un paso de simulación.
Documentación Audiovisual
Cada integrante debe presentar un video individual que cumpla con:
- Duración: 5 a 10 minutos
- Debe verse la cara del expositor
- Mostrar el programa funcionando (máximo 1 minuto)
- Mostrar el código, explicando:
- Flujo del programa
- Cómo se representan la grilla, los materiales y las reacciones
- Cómo se implementa un paso de simulación
- Cómo se logra el paralelismo y cómo se mantiene fluida la interfaz
Documentación Escrita
Debe incluir un archivo README.md con:
- Universidad, Facultad, Materia.
- Docentes y corrector.
- Integrantes del grupo.
- Nombre del proyecto.
- Descripción breve del proyecto.
- Instrucciones de ejecución.
- Instrucciones de uso (controles de la interfaz).
- Lista de los materiales adicionales que se hayan agregado, si los hay.
El archivo README.md debe ser el primer archivo incluido en el repositorio, creado al inicio del trabajo práctico y con los datos básicos del proyecto y sus integrantes. El resto de la documentación puede completarse durante el desarrollo.
Entrega y Gestión de Repositorio
La entrega se realiza mediante GitHub, en equipos de 2 integrantes. Se mantienen los grupos y asignación de correctores del TP1.
Pasos para vinculación
- Crear un repositorio en GitHub con un archivo
.gitignoreestándar para Leiningen/Clojure. - Configurar un proyecto Leiningen compilable y ejecutable.
- Crear el archivo
README.mdcon los datos de los integrantes del grupo y la información general. - Enviar el enlace del repositorio una sola vez por el grupo, por mensaje privado a Santiago Maraggi (JTP), indicando integrantes por apellido y padrón.
- Dar permiso de acceso a:
- Diego Essaya (
dessaya) - Santiago Maraggi (
smaraggi-fiuba) - el corrector del TP1
- Diego Essaya (
Repositorio
- Entrega oficial: mediante Pull Request
- Indicar rama de entrega; el pull request apuntará a la rama principal (
main) - Estado del proyecto
- Condiciones de ejecución
- Indicar rama de entrega; el pull request apuntará a la rama principal (
- Se recomienda clonar el repositorio en limpio para verificar el funcionamiento antes de entregar.
- Al aprobarse, los cambios deben quedar todos integrados a la rama principal (
main).
Observaciones
- Cada equipo debe tener un único repositorio compartido.
- La entrega será válida solo si ambos integrantes están correctamente vinculados.
- Los repositorios son privados para los integrantes del grupo. Queda prohibido compartir su contenido y dar accesos a otros alumnos.
- Ante dudas o problemas técnicos, contactar al equipo docente con anticipación.
Entrega y nota
- La entrega debe realizarse dentro del plazo indicado como “fecha límite de entrega” en el calendario de la materia.
- Si no se cumple con esta fecha, el trabajo será considerado desaprobado y no se aceptarán entregas posteriores.
Evaluación
- Una vez recibido el trabajo, el corrector decidirá si está aprobado o no.
- Si se aprueba, se asignará una nota entre 4 y 10.
- Hay una única instancia de reentrega antes de la “fecha límite de aprobación”, tanto si la primera entrega fue aprobada como si no. La reentrega se vuelve a evaluar y su resultado reemplaza al de la evaluación anterior.