Manim文档及源码笔记-CE文档-示例库3使用Manim绘图

参考原文：
Manim Community Edition
Example Gallery

前言

笔记随想：
暂未发现官方中文版，自己实践代码的同时，顺便做翻译加深理解~
除了给出原文档中的展现效果及源码，我把实践代码过程的笔记也分享出来，另外最后设计出一些技能训练的内容，强化学校效果。行文格式：

示例-标号及名称
展现效果
操作拆解
源码直击
代码实践
技能训练

本示例库包含一系列最佳实践代码片段及其相应的视频/图像输出，展示了整个库的不同功能。这些都是在麻省理工学院的许可下，所以请随意复制并粘贴到您的项目中。享受这Manim的味道！

更新【new】：

8月23日
- “笔记随想”前后标注了“前言”与“正文”；
- 本系列暂告段落，把“上一节”、“下一节”升级为系列目录，放到了文尾；
后续更新备忘：文中“【建设中】”的内容；欢迎朋友们催更~

正文

使用Manim绘图，Plotting with Manim

示例1：SinAndCosFunctionPlot

展现效果1

操作拆解1

这节示例1开始，我们做直角坐标系及常见图像；

坐标轴，轴上的取值范围；相应标注；
画sin(x)曲线和cos(x)曲线；相应标注；
在准确的位置画出黄色线段；

源码直击1

%%manim -v WARNING -qm SinAndCosFunctionPlot

from manim import *class SinAndCosFunctionPlot(Scene):def construct(self):axes = Axes(x_range=[-10, 10.3, 1],y_range=[-1.5, 1.5, 1],x_length=10,axis_config={"color": GREEN},x_axis_config={"numbers_to_include": np.arange(-10, 10.01, 2),"numbers_with_elongated_ticks": np.arange(-10, 10.01, 2),},tips=False,)axes_labels = axes.get_axis_labels()sin_graph = axes.plot(lambda x: np.sin(x), color=BLUE)cos_graph = axes.plot(lambda x: np.cos(x), color=RED)sin_label = axes.get_graph_label(sin_graph, "\\sin(x)", x_val=-10, direction=UP / 2)cos_label = axes.get_graph_label(cos_graph, label="\\cos(x)")vert_line = axes.get_vertical_line(axes.i2gp(TAU, cos_graph), color=YELLOW, line_func=Line)line_label = axes.get_graph_label(cos_graph, "x=2\pi", x_val=TAU, direction=UR, color=WHITE)plot = VGroup(axes, sin_graph, cos_graph, vert_line)labels = VGroup(axes_labels, sin_label, cos_label, line_label)self.add(plot, labels)

参考：coordinate_systems，MathTex，plot()，get_vertical_line_to_graph()，input_to_graph_point()，get_axis_labels()

代码实践1

技能训练1

单独整理到此【建设中】

示例2：ArgMinExample

展现效果2

ArgMinExample

操作拆解2

抛物线上的动点动画；

建立坐标系；
定义抛物线：2(x-5)^2；

源码直击2

%%manim -v WARNING -qm ArgMinExample

from manim import *class ArgMinExample(Scene):def construct(self):ax = Axes(x_range=[0, 10], y_range=[0, 100, 10], axis_config={"include_tip": False})labels = ax.get_axis_labels(x_label="x", y_label="f(x)")t = ValueTracker(0)def func(x):return 2 * (x - 5) ** 2graph = ax.plot(func, color=MAROON)initial_point = [ax.coords_to_point(t.get_value(), func(t.get_value()))]dot = Dot(point=initial_point)dot.add_updater(lambda x: x.move_to(ax.c2p(t.get_value(), func(t.get_value()))))x_space = np.linspace(*ax.x_range[:2],200)minimum_index = func(x_space).argmin()self.add(ax, labels, graph, dot)self.play(t.animate.set_value(x_space[minimum_index]))self.wait()

参考：（无）

代码实践2

技能训练2

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示例3：GraphAreaPlot

展现效果3

操作拆解3

曲线与x轴之间的一部分面积，两曲线之间的一些面积；

画坐标系；
画2条曲线；
面积阴影位置确定和画法；

源码直击3

%%manim -v WARNING -qm GraphAreaPlot

from manim import *class GraphAreaPlot(Scene):def construct(self):ax = Axes(x_range=[0, 5],y_range=[0, 6],x_axis_config={"numbers_to_include": [2, 3]},tips=False,)labels = ax.get_axis_labels()curve_1 = ax.plot(lambda x: 4 * x - x ** 2, x_range=[0, 4], color=BLUE_C)curve_2 = ax.plot(lambda x: 0.8 * x ** 2 - 3 * x + 4,x_range=[0, 4],color=GREEN_B,)line_1 = ax.get_vertical_line(ax.input_to_graph_point(2, curve_1), color=YELLOW)line_2 = ax.get_vertical_line(ax.i2gp(3, curve_1), color=YELLOW)riemann_area = ax.get_riemann_rectangles(curve_1, x_range=[0.3, 0.6], dx=0.03, color=BLUE, fill_opacity=0.5)area = ax.get_area(curve_2, [2, 3], bounded_graph=curve_1, color=GREY, opacity=0.5)self.add(ax, labels, curve_1, curve_2, line_1, line_2, riemann_area, area)

参考：coordinate_systems，plot()，get_vertical_line_to_graph()，get_area()，get_axis_labels()

代码实践3

技能训练3

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示例4：PolygonOnAxes

展现效果4

PolygonOnAxes

操作拆解4

曲线动点横纵坐标与原点围成的面积；

画坐标系；
画曲线；
曲线上的动点；
面积出现并随动点改变两边长；

源码直击4

%%manim -v WARNING -qm PolygonOnAxes

from manim import *class PolygonOnAxes(Scene):def get_rectangle_corners(self, bottom_left, top_right):return [(top_right[0], top_right[1]),(bottom_left[0], top_right[1]),(bottom_left[0], bottom_left[0]),(top_right[0], bottom_left[0]),]def construct(self):ax = Axes(x_range=[0, 10],y_range=[0, 10],x_length=6,y_length=6,axis_config={"include_tip": False},)t = ValueTracker(5)k = 25graph = ax.plot(lambda x: k / x,color=YELLOW_D,x_range=[k / 10, 10.0, 0.01],use_smoothing=False,)def get_rectangle():polygon = Polygon(*[ax.c2p(*i)for i in self.get_rectangle_corners((0, 0), (t.get_value(), k / t.get_value()))])polygon.stroke_width = 1polygon.set_fill(BLUE, opacity=0.5)polygon.set_stroke(YELLOW_B)return polygonpolygon = always_redraw(get_rectangle)dot = Dot()dot.add_updater(lambda x: x.move_to(ax.c2p(t.get_value(), k / t.get_value())))dot.set_z_index(10)self.add(ax, graph, dot)self.play(Create(polygon))self.play(t.animate.set_value(10))self.play(t.animate.set_value(k / 10))self.play(t.animate.set_value(5))

参考：Axes，Polygon

代码实践4

技能训练4

单独整理到此【建设中】

示例5：HeatDiagramPlot

展现效果5

操作拆解5

画坐标系
做分段函数

源码直击5

%%manim -v WARNING -qm HeatDiagramPlot

from manim import *class HeatDiagramPlot(Scene):def construct(self):ax = Axes(x_range=[0, 40, 5],y_range=[-8, 32, 5],x_length=9,y_length=6,x_axis_config={"numbers_to_include": np.arange(0, 40, 5)},y_axis_config={"numbers_to_include": np.arange(-5, 34, 5)},tips=False,)labels = ax.get_axis_labels(x_label=Tex("$\Delta Q$"), y_label=Tex("T[$^\circ C$]"))x_vals = [0, 8, 38, 39]y_vals = [20, 0, 0, -5]graph = ax.plot_line_graph(x_values=x_vals, y_values=y_vals)self.add(ax, labels, graph)

代码实践5

参考：coordinate_systems，plot_line_graph()，get_axis_labels()

技能训练5

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