Update app.py

app.py

@@ -3,104 +3,112 @@ import numpy as np
 import matplotlib.pyplot as plt
 
 # --- 核心計算與繪圖函數 ---
-def plot_seismic_exploration(v1, v2, h, x_max):
+def plot_seismic_exploration(v1, v2, h, x_max, num_receivers):
     """
-    根據輸入的地層參數，計算並繪製震測的走時曲線。
-    *** 新增了反射波的模擬 ***
-    圖表內的標籤為英文。
+    根據輸入的地層參數，計算並繪製震測的走時曲線與震測剖面概念圖。
     """
-    # 物理條件檢查：折射必須 V2 > V1
+    # === PART 1: 物理計算 (與之前相同) ===
+    # 物理條件檢查
     if v2 <= v1:
-        fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))
-        ax.text(0.5, 0.5, 'Error: V2 must be greater than V1 for critical refraction to occur.',
-                ha='center', va='center', fontsize=12, color='red')
-        ax.set_xlabel("Distance (m)")
-        ax.set_ylabel("Travel Time (s)")
-        ax.grid(True)
-        ax.set_title("Travel-Time Curve")
-        return fig, "### 參數錯誤\n請確保第二層速度 (V2) 大於第一層速度 (V1)，否則無法產生臨界折射現象。"
+        # 產生兩個空的錯誤圖表
+        fig1, ax1 = plt.subplots(figsize=(10, 6))
+        ax1.text(0.5, 0.5, 'Error: V2 must be greater than V1', ha='center', va='center', color='red')
+        ax1.set_title("Travel-Time Curve")
+        fig2, ax2 = plt.subplots(figsize=(10, 4))
+        ax2.text(0.5, 0.5, 'Please ensure V2 > V1 to generate a valid model.', ha='center', va='center', color='red')
+        ax2.set_title("Seismic Profile Concept")
+        return fig1, fig2, "### 參數錯誤\n請確保第二層速度 (V2) 大於第一層速度 (V1)，否則無法產生臨界折射現象。"
 
-    # 1. 計算關鍵物理量
-    # 折射波相關
+    # 計算關鍵物理量
     theta_c_rad = np.arcsin(v1 / v2)
     theta_c_deg = np.rad2deg(theta_c_rad)
     ti = (2 * h * np.cos(theta_c_rad)) / v1
     xc = 2 * h * np.sqrt((v2 + v1) / (v2 - v1))
-
-    # 反射波相關
     t0 = (2 * h) / v1
 
-    # 2. 準備繪圖數據
-    x = np.linspace(0, x_max, 500)
-    # 直達波
-    t_direct = x / v1
-    # 折射波
-    t_refracted = (x / v2) + ti
-    # 反射波 (新增)
-    t_reflected = np.sqrt(t0**2 + (x / v1)**2)
-    # 初達波
-    t_first_arrival = np.minimum(t_direct, t_refracted)
-    
-    # 3. 使用 Matplotlib 繪圖
-    fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))
+    # === PART 2: 繪製 T-X 走時曲線圖 (Plot 1) ===
+    x_continuous = np.linspace(0, x_max, 500)
+    t_direct = x_continuous / v1
+    t_refracted = (x_continuous / v2) + ti
+    t_reflected = np.sqrt(t0**2 + (x_continuous / v1)**2)
+    t_first_arrival_continuous = np.minimum(t_direct, t_refracted)
     
-    # 繪製各波線
-    ax.plot(x, t_direct, 'b--', label=f'Direct Wave (Slope 1/{v1:.0f})')
-    ax.plot(x, t_refracted, 'g--', label=f'Refracted Wave (Slope 1/{v2:.0f})')
-    ax.plot(x, t_reflected, 'm:', linewidth=2, label='Reflected Wave (Hyperbola)') # 新增反射波
-    ax.plot(x, t_first_arrival, 'r-', linewidth=3, label='First Arrival (Refraction)')
+    fig1, ax1 = plt.subplots(figsize=(10, 6))
+    ax1.plot(x_continuous, t_direct, 'b--', label=f'Direct Wave (Slope 1/{v1:.0f})')
+    ax1.plot(x_continuous, t_refracted, 'g--', label=f'Refracted Wave (Slope 1/{v2:.0f})')
+    ax1.plot(x_continuous, t_reflected, 'm:', linewidth=2, label='Reflected Wave (Hyperbola)')
+    ax1.plot(x_continuous, t_first_arrival_continuous, 'r-', linewidth=3, label='First Arrival (Refraction)')
     
-    # 標示交越距離
     if xc < x_max:
-        ax.axvline(x=xc, color='k', linestyle=':', label=f'Crossover Distance = {xc:.1f} m')
-        ax.plot(xc, xc/v1, 'ko') 
+        ax1.axvline(x=xc, color='k', linestyle=':', label=f'Crossover = {xc:.1f} m')
+    ax1.plot(0, ti, 'go', markersize=8, label=f'Refraction Intercept = {ti*1000:.1f} ms')
+    ax1.plot(0, t0, 'mo', markersize=8, label=f'Reflection TWT = {t0*1000:.1f} ms')
 
-    # 標示截時
-    ax.plot(0, ti, 'go', markersize=8, label=f'Refraction Intercept = {ti*1000:.1f} ms')
-    # 標示雙程走時 (新增)
-    ax.plot(0, t0, 'mo', markersize=8, label=f'Reflection Two-Way Time = {t0*1000:.1f} ms')
+    ax1.set_title("1. Travel-Time (T-X) Curve", fontsize=16, loc='left')
+    ax1.set_xlabel("Distance (m)")
+    ax1.set_ylabel("Travel Time (s)")
+    ax1.legend()
+    ax1.grid(True)
+    ax1.set_xlim(0, x_max)
+    y_max = max(np.max(t_direct), np.max(t_reflected))
+    ax1.set_ylim(0, y_max * 1.1)
+    
+    # === PART 3: 繪製震測剖面概念圖 (Plot 2) ===
+    fig2, ax2 = plt.subplots(figsize=(10, 4))
+    
+    # 產生離散的測站位置
+    receiver_x = np.linspace(0, x_max, num_receivers)
+    
+    # 計算每個測站的抵達時間
+    t_direct_rx = receiver_x / v1
+    t_refracted_rx = (receiver_x / v2) + ti
+    t_reflected_rx = np.sqrt(t0**2 + (receiver_x / v1)**2)
+    t_first_arrival_rx = np.minimum(t_direct_rx, t_refracted_rx)
+    
+    # 繪製每一條震波線和標記
+    for i in range(num_receivers):
+        # 畫代���震波線的灰色虛線
+        ax2.plot([receiver_x[i], receiver_x[i]], [0, y_max * 1.1], 'k--', alpha=0.2)
+        # 標示各種波的抵達時間
+        ax2.plot(receiver_x[i], t_direct_rx[i], 'bo', markersize=5, alpha=0.6) # 直達波
+        ax2.plot(receiver_x[i], t_reflected_rx[i], 'mo', markersize=5, alpha=0.6) # 反射波
+        ax2.plot(receiver_x[i], t_first_arrival_rx[i], 'ro', markersize=8) # 初達波 (最重要)
+        
+    # 繪製地表
+    ax2.axhline(0, color='brown', linewidth=2)
+    # 繪製震源
+    ax2.plot(0, 0, 'r*', markersize=20, label='Source (震源)')
+    # 繪製測站
+    ax2.plot(receiver_x, np.zeros_like(receiver_x), 'kv', markersize=8, label='Receivers (測站)')
 
-    # 設定圖表樣式
-    ax.set_title("Interactive Seismic Exploration T-X Plot", fontsize=16)
-    ax.set_xlabel("Distance (m)", fontsize=12)
-    ax.set_ylabel("Travel Time (s)", fontsize=12)
+    ax2.set_title(f"2. Seismic Profile Concept ({num_receivers} Traces)", fontsize=16, loc='left')
+    ax2.set_xlabel("Distance (m)")
+    ax2.set_ylabel("Travel Time (s)")
+    ax2.set_xlim(-x_max * 0.05, x_max * 1.05)
+    ax2.set_ylim(y_max * 1.1, -y_max*0.05) # 時間軸向下為正
+    ax2.legend(loc='lower left')
     
-    ax.legend()
-    ax.grid(True)
-    ax.set_xlim(0, x_max)
-    # 自動調整 Y 軸，確保能看到所有曲線
-    y_max = max(np.max(t_direct), np.max(t_reflected))
-    ax.set_ylim(0, y_max * 1.1)
+    # 清理圖表外觀
     plt.tight_layout()
+    fig1.tight_layout()
 
-    # 4. 準備輸出的說明文字
+    # === PART 4: 準備輸出的說明文字 ===
     results_md = f"""
     ### 🔬 分析結果
 
     根據您設計的地層模型，我們計算出以下關鍵物理量：
 
     #### 折射波 (Refracted Wave)
-    - **臨界角 (Critical Angle, θc)**:
-      - 公式: `θc = arcsin(V1 / V2)`
-      - 計算: `arcsin({v1:.0f} / {v2:.0f})` = **{theta_c_deg:.2f}°**
-      - *這是產生「抄捷徑」折射波的關鍵入射角度。*
-    - **截時 (Intercept Time, tᵢ)**:
-      - 公式: `tᵢ = (2 * h * cos(θc)) / V1`
-      - 計算: `(2 * {h:.0f} * cos({theta_c_deg:.2f}°)) / {v1:.0f}` = **{ti*1000:.1f} ms**
-      - *折射波走時線在時間軸上的截距，隱含了第一層的厚度資訊。*
-    - **交越距離 (Crossover Distance, Xc)**:
-      - 公式: `Xc = 2 * h * sqrt((V2 + V1) / (V2 - V1))`
-      - 計算: `2 * {h:.0f} * sqrt(({v2:.0f} + {v1:.0f}) / ({v2:.0f} - {v1:.0f}))` = **{xc:.1f} m**
-      - *在此距離之後，折射波會比直達波先抵達。*
+    - **臨界角 (Critical Angle, θc)**: `arcsin({v1:.0f} / {v2:.0f})` = **{theta_c_deg:.2f}°**
+    - **截時 (Intercept Time, tᵢ)**: `(2 * {h:.0f} * cos({theta_c_deg:.2f}°)) / {v1:.0f}` = **{ti*1000:.1f} ms**
+    - **交越距離 (Crossover Distance, Xc)**: `2 * {h:.0f} * sqrt(...)` = **{xc:.1f} m**
 
     ---
     #### 反射波 (Reflected Wave)
-    - **雙程走時 (Two-Way Time, t₀)**:
-      - 公式: `t₀ = 2 * h / V1`
-      - 計算: `2 * {h:.0f} / {v1:.0f}` = **{t0*1000:.1f} ms**
-      - *這是震波垂直向下傳播並返回地表所需的時間，也是反射波雙曲線的頂點。*
+    - **雙程走時 (Two-Way Time, t₀)**: `2 * {h:.0f} / {v1:.0f}` = **{t0*1000:.1f} ms**
     """
-    return fig, results_md
+    return fig1, fig2, results_md
+
 
 # --- Gradio 介面設定 ---
 with gr.Blocks(theme=gr.themes.Soft()) as demo:
@@ -109,24 +117,27 @@ with gr.Blocks(theme=gr.themes.Soft()) as demo:
         # 地心震波奇幻之旅：地球物理遊樂場 🌍
         > 創意的發揮是一種學習，過程中，每個人同時是學生也是老師。
         
-        這個實驗室就是你的遊樂場。透過親手調整地層的參數，你將不只是在學習地球物理，更是在**創造和發現**地底下的物理法則。
-        你既是設計模型的老師，也是觀察結果的學生。動動手，看看你能發現什麼秘密！
+        這個實驗室就是你的遊樂場。透過親手設計地層模型、佈放虛擬測站，你將不只是學習，更是在**創造和發現**地底下的物理法則。
         """
     )
     
     with gr.Row():
         with gr.Column(scale=1):
-            gr.Markdown("### ⚙️ 設計你的地層模型")
+            gr.Markdown("### ⚙️ 1. 設計你的地層模型")
             v1_slider = gr.Slider(label="V1: 第一層速度 (m/s)", minimum=300, maximum=3000, value=800, step=50)
             v2_slider = gr.Slider(label="V2: 第二層速度 (m/s)", minimum=500, maximum=6000, value=2500, step=50)
             h_slider = gr.Slider(label="h: 第一層厚度 (m)", minimum=5, maximum=100, value=20, step=1)
+            
+            gr.Markdown("### ⚙️ 2. 佈放你的觀測儀器")
             xmax_slider = gr.Slider(label="最大觀測距離 (m)", minimum=100, maximum=500, value=250, step=10)
+            receivers_slider = gr.Slider(label="測站數量 (Number of Receivers)", minimum=5, maximum=100, value=25, step=1) # 新增滑桿
             
             submit_btn = gr.Button("🚀 開始探勘！", variant="primary")
             
         with gr.Column(scale=2):
-            gr.Markdown("### 📊 觀測走時-距離圖 (T-X Plot)")
-            plot_output = gr.Plot()
+            gr.Markdown("### 📊 觀測結果")
+            plot_output1 = gr.Plot(label="走時-距離圖 (T-X Plot)")
+            plot_output2 = gr.Plot(label="震測剖面概念圖 (Seismic Profile Concept)") # 新增第二個圖表區
             
     with gr.Row():
         results_output = gr.Markdown("### 🔬 分析結果\n請設計你的地層模型並點擊「開始探勘！」以顯示計算結果。")
@@ -134,19 +145,23 @@ with gr.Blocks(theme=gr.themes.Soft()) as demo:
     # --- 事件監聽 ---
     submit_btn.click(
         fn=plot_seismic_exploration,
-        inputs=[v1_slider, v2_slider, h_slider, xmax_slider],
-        outputs=[plot_output, results_output]
+        inputs=[v1_slider, v2_slider, h_slider, xmax_slider, receivers_slider],
+        outputs=[plot_output1, plot_output2, results_output] # 更新輸出目標
     )
     
     gr.Markdown(
         """
         ---
+        ### 📖 剖面圖是如何誕生的？
+        上方的 **T-X 圖** 是一個抽象的數學關係圖，展現了震波抵達時間與距離的完美曲線。
+        下方的 **剖面概念圖** 則模擬了真實的探勘情境：我們在地表放置了許多**測站 (黑色三角形)**，每個測站都會記錄到屬於自己的**震波線 (灰色虛線)**。圖中的彩色圓點，就是該測站記錄到的「到時」。
+        
+        當我們把成千上萬條震波線並排陳列，就形成了一幅壯觀的**震測剖面圖**，它就像是地球的超音波照片！
+        
         ### 🚀 探索與發現 (Exploration & Discovery)
-        試著回答下面的問題，你就是自己的老師！
-        1.  **折射 vs. 反射**: 在近距離 (X 接近 0) 時，哪一種波（直達波、反射波）最先抵達？為什麼？
-        2.  **速度的影響**: 如果把 V1 和 V2 的速度差距拉得更大，折射波的走時線（綠色）會變得更陡還是更平緩？這對交越距離又有什麼影響？
-        3.  **厚度的秘密**: 如果你只增加地層厚度 `h`，反射波的雙曲線（紫色）和折射波的截時 `tᵢ` 會如何變化？它們之間有什麼數學關聯嗎？
-        4.  **消失的折射波**: 在什麼條件下，折射波（綠色線）會完全消失，或是永遠比直達波（藍色線）還慢？
+        1.  **數據密度**: 試著將「測站數量」從 5 慢慢增加到 100，觀察下方的剖面概念圖。當測站越密集時，你是否能越清晰地「看見」上方 T-X 圖中的那些曲線？
+        2.  **剖面盲區**: 在近距離時，反射波（紫色點）和直達波（藍色點）幾乎混在一起。這在真實的資料處理中稱作「Muting Zone」。你能透過調整 V1 和 h，讓這兩種波的抵達時間分得更開嗎？
+        3.  **交越點的意義**: 在剖面概念圖上，找到初達波標記（紅色點）從跟隨藍色點轉為跟隨（不存在的）綠色點趨勢的位置。這個位置對應到上方 T-X 圖的什麼特徵？
         """
     )