用 Python 創(chuàng)作酷炫的幾何圖形

作者：wedo實(shí)驗(yàn)君 2021-06-10 22:26:53

turtle又稱為海龜繪圖，是Wally Feurzeig, Seymour Papert 和 Cynthia Solomon 于 1967 年所創(chuàng)造的 Logo 編程語言的python實(shí)現(xiàn)。turtle是基于tkinter圖形界面設(shè)計(jì)的。

[[405100]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「Python中文社區(qū)」，作者wedo實(shí)驗(yàn)君。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系Python中文社區(qū)公眾號。

1. 什么是turtle

turtle模擬了人在畫布前畫畫的過程：給你一支筆(Pen)，下筆(pendown)，移動畫筆繪制你的圖形，然后填色等等。turtle提供了幾種簡單的命令，通過組合他們的順序，只要夠耐心，turtle可以畫出令人驚嘆的作品，很適合用來引導(dǎo)小朋友學(xué)習(xí)編程。

先來感受下作品：

2. turtle例子

我們通過一個(gè)簡單的例子來了解turtle的基本操作

import turtle 
 
# screen 畫布屬性設(shè)置 
canvas = turtle.Screen() 
canvas.bgcolor("white") 
 
# 畫筆設(shè)置 
pen = turtle.Pen() 
pen.hideturtle() 
pen.color('red', 'yellow') 
 
# 開始畫第一個(gè)部分，并填充顏色 
pen.begin_fill() 
while True: 
    pen.forward(200) 
    pen.left(170) 
    if abs(pen.pos()) < 1: 
        break 
pen.end_fill() 
 
# 提筆， 移動位置，畫第二個(gè)部分 
pen.penup() 
pen.goto(-100, -100) 
pen.pendown() 
 
for i in range(5): 
    pen.forward(30) #長度300像素 
    pen.right(144) #轉(zhuǎn)角144度 
 
turtle.done()

從上面可知turtle有兩個(gè)部分組成畫筆Turtle 和畫布Screen, Turtle在Screen上移動來作畫。

需要注意的是，turtle起始的位置是(0, 0),位于畫布中心，左邊和下邊的坐標(biāo)為負(fù)值。

畫筆Turtle重要操作：

畫筆申明：如果畫筆上有很多畫筆需要申明 turtle.Pen()，否則默認(rèn)是一個(gè)畫筆，無需申明，如turtle.forward(50)就是表示畫筆向前移動50
畫筆顏色：color('red', 'yellow')，第一個(gè)red表示畫筆顏色， yellow表示填充顏色
填充的范圍：begin_fill()和end_fill()之間的部分
畫筆的移動：forward是向前多少距離，left是向左角度，與之對應(yīng)的是向后backward 和向右right。goto()是移動到某個(gè)坐標(biāo)值
畫筆的當(dāng)前屬性：如位置pos()即海龜當(dāng)前的坐標(biāo) (x,y) ，還有如朝向角度值：heading()
畫筆的控制：penup和pendown，默認(rèn)畫筆是在pendown狀態(tài)下，只要有移動就會在畫布上畫出圖形，如果需要調(diào)整位置，在另外一個(gè)位置下筆，需要先penup，否則移動畫筆時(shí)也會有線條出來。這個(gè)和現(xiàn)實(shí)中畫畫是一樣的。
畫筆的可見性：正常情況下畫筆時(shí)一個(gè)箭頭的形狀，可以通過hideturtle()和showturtle()隱藏和顯示畫筆

Screen重要操作：

設(shè)置背景顏色：bgcolor("white")

3. 其他turtle功能

除了上面例子中涉及到turtle常用功能函數(shù)，還有一些重要的功能。

圓形circle() 前面的例子給出的是直線的例子(直線可以構(gòu)成三角形，多邊形等)，另外一個(gè)重要的圖形是圓形turtle.circle(radius, extent=None, steps=None)

我們來看一個(gè)太極的例子：

import turtle 
from turtle import *  #從turtle中導(dǎo)出所有模塊 
radius = 100     #半徑為100 
color("black", "black")  #畫線顏色黑色，填充顏色黑色 
begin_fill()  #開始填充 
circle(radius/2, 180)  #逆時(shí)針畫圈，半徑為50,180° 
circle(radius, 180)  #逆時(shí)針畫圈，半徑為100,180° 
left(180)  #轉(zhuǎn)向180° 
circle(-radius/2, 180)  #順時(shí)針畫圈，半徑50,180° 
end_fill()  #填充結(jié)束 
#移動到畫太極圖黑色的小圈位置，開始畫小白圈 
left(90)#左轉(zhuǎn)向90°，海龜頭垂直水平線向上 
penup()#提筆，不留痕跡 
forward(radius*0.35)#向前，半徑的0.35=35像素 
right(90)#右轉(zhuǎn)向90°，海龜頭與右側(cè)水平線同向 
pendown()#落筆，開始畫線 
#開始畫太極圖黑色部分的小白圈 
color("white", "white")#畫線顏色為白色，填充顏色為白色 
begin_fill()#開始填充 
circle(radius*0.15)#逆時(shí)針畫圈，半徑的0.15=15像素（35+15+15+35=100） 
end_fill() #填充結(jié)束 
 
left(90)#左轉(zhuǎn)向90° 
penup()#提筆，不留痕跡 
backward(radius*0.7)#后退往下走，為半徑的0.7=70，此時(shí)海龜頭朝上與水平垂直 
pendown()#落筆，開始留下痕跡 
left(90)#左轉(zhuǎn)90°，此時(shí)海龜頭與左側(cè)水平同向 
#開始畫太極圖白色部分里的小黑圈 
color("black", "black")#畫線顏色為黑色，填充為黑色 
begin_fill()#開始填充 
circle(radius*0.15)#開始逆時(shí)針畫圈，半徑的0.15=15個(gè)像素 
end_fill() #填充完畢 
 
right(90)#再右轉(zhuǎn)90°，此時(shí)海龜頭垂直水平線向上 
penup()#提筆，不留痕跡 
backward(radius*0.65)#后退為半徑的0.65=65個(gè)像素，往下到達(dá)太極圖黑色半圈的底點(diǎn)處 
right(90)#右轉(zhuǎn)90°，海龜頭與右側(cè)水平線同向 
pendown()#落筆，開始留下痕跡 
circle(radius, 180)#逆時(shí)針畫圈，半徑100,180°，畫太極圖的白色部分的大圈 
hideturtle()#隱藏筆頭hideturtle 
turtle.done()

radius:半徑， radius 為正值則朝逆時(shí)針方向繪制圓弧，否則朝順時(shí)針方向
extent：表示是否畫部分的圓，如半圓是180，默認(rèn)是一整個(gè)圓
steps：是表示畫圓用多少個(gè)多邊形來畫。圓其實(shí)是無窮多個(gè)多邊形來近似得到。不過一般情況下，一定程度的多邊形，肉眼就會人為圓的幅度是光滑的

可以看出太極圖有2個(gè)小半圓和2個(gè)大半圓，以及2個(gè)更小的整圓構(gòu)成。

動畫控制 turtle繪制圖像的過程其實(shí)是動態(tài)的，每繪制一個(gè)部分畫面可以理解為一個(gè)視頻幀，畫完視頻就結(jié)束。所以turtle除了可以繪制圖形，還可以用來做動畫演示或者交互游戲也是可以。下面以一個(gè)例子說明下:

import turtle, time 
 # 初始不更新畫面 
 turtle.tracer(0) 
 
 # 地板墻 
 wall = turtle.Pen() 
 wall.pencolor('red') 
 wall.pensize(10) 
 wall.hideturtle() 
 wall.penup() 
 wall.goto(-300, -200) 
 wall.pendown() 
 wall.forward(600) 
 
 # 小球 
 R = 15 
 ball = turtle.Turtle('circle') 
 ball.shapesize(R / 10) 
 ball.penup() 
 pos_x, pos_y = [100, 100] 
 pos_x, pos_y = ball.pos() 
 ball.goto(pos_x, pos_y) 
 wall_x, wall_y = wall.pos() 
 
 # 球參數(shù) 
 FPS = 60  # 每秒60幀 
 G = 0.03  # 模擬重力加速度 
 DRAG = 0.9956 # 阻力 
 v_y = 1 # 初始速度 
 
 while True: 
 
     # 清除印章 
     ball.clearstamps() 
 
     v_y += G  # 模擬重力加速度 
     if pos_y - R - 10 < wall_y:  # 撞地面 
         v_y *= -1 
 
     pos_x, pos_y = pos_x, pos_y - v_y 
     ball.goto(pos_x, pos_y) 
     v_y = v_y * DRAG 
 
     # 通過印章顯示球 
     ball.stamp() 
 
     # 更新畫面信息 
     turtle.update() 
     time.sleep(1 / FPS)

4. 更多的例子

玫瑰曲線

from turtle import * 
from math import * 
color("red") 
def draw(a,end): 
    t=0 
    while t<(14*end): 
        x=a*sin(t*3.14)*cos(t) 
        y=a*sin(t*3.14)*sin(t) 
        goto(x,y) 
        t=t+0.03 
 
draw(100,3.14) 
done()

螺旋

import turtle 
t=turtle.Pen() 
for x in range(360): 
    t.forward(x) 
    t.left(59) 
 
done()

扇子

from turtle import * 
forward(200) 
left(90) 
fillcolor('red') 
begin_fill() 
circle(100,180) 
end_fill() 
left(90) 
forward(100) 
for i in range(17): 
    left(10) 
    pencolor('yellow') 
    forward(100) 
    backward(100) 
left(100) 
pensize(10) 
pencolor('red') 
forward(100) 
hideturtle() 
done()