相互作用が働く粒子の運動

HSPコンテスト2007にて株式会社秀和システム章を受賞しました。
おにたまさんから「ある意味ではモジュールの達人」と言っていただけまして、とても嬉しいです。モジュール（変数）は1時期とっても勉強した部分なので……。
モジュール変数の扱いをもっと勉強していきたいですね。

というわけで受賞記念に、得意（？）のモジュールを利用したスクリプトを。
「遠い時はくっつきたがるけど、近い時は離れたがる」という特殊な粒子の運動のシミュレートです。現実では原子がこれにあたります。3次元ですが。

ひとつのモジュール変数でひとつの粒子を表しています。決まった距離を保つために、距離の2乗に従って速度を算出しています。力学のポテンシャルの考え方に近いでしょうか。

粒子数が同じなら、最初の条件が違っても大抵は同じ陣形に収束するのが面白いです。
#module member id, x, y, vx, vy
#include "hspmath.as"
// id     ... 個別認識用ID(int)
// x, y   ... 位置(double)
// vx, vy ... 速度(double)
#const  PARTY_DIST  120     // 仲間と保とうとする距離
#const  MAX_SPEED   4       // 最大スピード
#const  RADIUS      5       // 描画時の半径

#modinit int _x, int _y
    x = _x : y = _y
    id = next_id : next_id++
    return

#deffunc make_member double new_x, double new_y
    newmod members, member, new_x, new_y
    return

// -----------------------------
// ここから各メンバーごとに用いる命令

// IDを返す
#modfunc get_id
    return id

// 位置を返す
#modfunc get_position array v
    v = x, y
    return

// 自分自身の速度の計算
#modfunc calc_speed
    ax = 0.0 : ay = 0.0
    // 仲間との相互作用（一定の距離を保とうとする）
    foreach members
        // 自分自身とは判定を行わない
        get_id members(cnt)
        if id == stat : continue

        // 仲間との距離を計算
        this_member_pos = x, y
        get_position members(cnt), target_member_pos
        dist = distance2(this_member_pos, target_member_pos)    // 対象の仲間との距離(double)

        // 仲間との角度を計算
        theta = atan(y - target_member_pos(1), target_member_pos(0) - x)

        // 距離に応じて加速
        s = (dist - PARTY_DIST) * (dist - PARTY_DIST) * sgn(dist - PARTY_DIST) / 150
        ax += cos(theta) * s
        ay += sin(theta) * s
    loop

    // 速度の変更
    vx += ax : vy -= ay
    // 速度が大きすぎる場合は調節する
    velo = sqrt(vx * vx + vy * vy)
    if absf(velo) > MAX_SPEED {
        velo = limitf(velo, -MAX_SPEED, MAX_SPEED)
        theta = atan(vy, vx)
        vx = cos(theta) * velo
        vy = sin(theta) * velo
    }
    return

// 自分自身の移動
#modfunc move
    x = limitf(x + vx, 0, ginfo_winx)
    y = limitf(y + vy, 0, ginfo_winy)
    return

// 自分自身を描画
#modfunc draw
    circle x - RADIUS, y - RADIUS, x + RADIUS, y + RADIUS
    return

// -----------------------------
// ここから外部から呼び出す群れ全体を扱う命令

// 全員の速度を計算
#deffunc calc_all_speed
    foreach members
        calc_speed members(cnt)
    loop
    return

// 全員の移動
#deffunc move_all
    foreach members
        move members(cnt)
    loop
    return

// 全員の描画
#deffunc draw_all
    foreach members
        draw members(cnt)
    loop
    return

#global
    next_id@member = 0  // IDの初期化

// -----------------------------
// モジュールここまで

#const NUM_MEMBERS  12  // 群れを構成するメンバーの数
    // 群れのメンバーをランダムな位置に発生
    randomize
    repeat NUM_MEMBERS
        make_member rnd(ginfo_winx), rnd(ginfo_winy)
    loop

*main
    calc_all_speed  // 全員の速度を計算
    move_all        // 全員を移動
    redraw 0
        color : boxf : color ,,255
        draw_all        // 全員を描画
    redraw 1
    wait 3
    goto *main