manim边学边做--圆形类

2024-08-15 17:47 由 wang_yb 发表于 #后端开发

在manim的丰富图形库中，圆形类是一个基础且强大的模块。
无论是简单的圆形绘制，还是复杂的圆形变换，它都能以简洁的代码实现。

manim中圆形类的相关模块主要有3个：

Circle：标准的圆形
Annulus：圆环形状
Ellipse：椭圆形状

其中，Annulus和Ellipse继承自Circle。

圆形系列处于manim中的Mobject之下。

1. 主要参数

圆Circle对象的属性不多，主要有：

参数名称	类型	说明
radius	float	半径
color	str	颜色
stroke_width	float	边框厚度
fill_opacity	float	透明度

圆环Annulus对象的主要属性有：

参数名称	类型	说明
inner_radius	float	内圈半径
outer_radius	float	外圈半径
color	str	颜色
mark_paths_closed	bool	TODO

Annulus会渲染inner_radius和outer_radius之间的部分，也就是一个环。

椭圆Ellipse对象的主要属性有：

参数名称	类型	说明
width	float	椭圆宽度
height	float	椭圆高度

椭圆的宽度和高度设置成一样的时候，就是标准的圆。

2. 主要方法

圆Circle对象有3个常用的方法：

名称	说明
from_three_points	根据3个点画圆
point_at_angle	返回某个点在圆上的位置
surround	修改一个圆，使其围绕给定的对象

上面方法的使用方法参见下面的使用示例章节。

圆环Annulus和椭圆Ellipse没有常用的方法。

3. 使用示例

3.1. 大小和颜色

对于圆Circle来说，通过半径radius来调节大小；
对于圆环Annulus来说，通过内半径inner_radius和外半径outer_radius来调节环的大小和粗细；
对于椭圆Ellipse来说，通过width和height来调节椭圆的大小和扁平程度。

三种形状的颜色都是color属性。

# 圆形
Circle(radius=0.1, color=RED)
Circle(radius=0.3, color=BLUE)
Circle(radius=0.5, color=YELLOW)

# 圆环
Annulus(
    inner_radius=0.1,
    outer_radius=0.2,
    color=RED,
)
Annulus(
    inner_radius=0.4,
    outer_radius=0.5,
    color=BLUE,
)
Annulus(
    inner_radius=0.4,
    outer_radius=0.8,
    color=YELLOW,
)

# 椭圆
Ellipse(
    width=0.3,
    height=0.1,
    color=RED,
)
Ellipse(
    width=0.8,
    height=0.4,
    color=BLUE,
)
Ellipse(
    width=1.8,
    height=1,
    color=YELLOW,
)

效果如下：

3.2. 根据三个点画圆

除了通过上面设置半径radius的方式来画圆，还可以根据任意三个点来生成一个圆形。
使用from_three_points方法。

d1 = Dot(RIGHT, color=RED)
d2 = Dot(UL, color=BLUE)
d3 = Dot(DR, color=GREEN)

Circle.from_three_points(
    d1.get_center(),
    d2.get_center(),
    d3.get_center(),
    color=YELLOW,
)

3.3. 获取圆上某个点

通过方法point_at_angle，我们可以根据角度来获取圆上的某一个点。
manim将整个圆最右边的点（和圆心在同一高度上）作为角度为\(0^\circ\)的点，
然后逆时针方向逐渐增加角度。

c = Circle(radius=2, color=YELLOW)

# 60度的点
p1 = c.point_at_angle(PI / 6)

# 180度的点
p2 = c.point_at_angle(PI)

# 270度的点
p3 = c.point_at_angle(3 * PI / 2)

3.4. 用圆环绕其他图形

最后，还有一个surround方法，它的主要作用是将圆环绕在另一个图形上。
surround方法有个buffer_factor 参数，
当buffer_factor >= 1时，圆形环绕在图形外部；当buffer_factor < 1时，圆形在图形内部。

# 星形图形
star = Star()
# buffer_factor=1
# 所以环绕在星形外部
Circle().surround(star, buffer_factor=1)

# 十字线图形
vg = VGroup(
    Line(UP / 2, DOWN / 2),
    Line(LEFT / 2, RIGHT / 2),
)
# 默认 buffer_factor=1.2
# 所以环绕在十字线外部
Circle().surround(vg)

# 三角图形
t = Triangle()
# buffer_factor<1
# 所以圆形在三角形内部
Circle().surround(t, buffer_factor=0.3)

4. 附件

文中完整的代码放在网盘中了（circle.py），
下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)