用 Python 创作酷炫的几何图形
1. 什么是turtle
turtle又称为海龟绘图,是Wally Feurzeig, Seymour Papert 和 Cynthia Solomon 于 1967 年所创造的 Logo 编程语言的python实现。turtle是基于tkinter图形界面设计的。
turtle模拟了人在画布前画画的过程:给你一支笔(Pen), 下笔(pendown),移动画笔绘制你的图形,然后填色等等。turtle提供了几种简单的命令,通过组合他们的顺序,只要够耐心,turtle可以画出令人惊叹的作品,很适合用来引导小朋友学习编程。
先来感受下作品:
2. turtle例子
我们通过一个简单的例子来了解turtle的基本操作
import turtle# screen 画布属性设置
canvas = turtle.Screen()
canvas.bgcolor("white")# 画笔设置
pen = turtle.Pen()
pen.hideturtle()
pen.color('red', 'yellow')# 开始画第一个部分,并填充颜色
pen.begin_fill()
while True:pen.forward(200)pen.left(170)if abs(pen.pos()) < 1:break
pen.end_fill()# 提笔, 移动位置,画第二个部分
pen.penup()
pen.goto(-100, -100)
pen.pendown()for i in range(5):pen.forward(30) #长度300像素pen.right(144) #转角144度turtle.done()
从上面可知turtle有两个部分组成画笔Turtle
和 画布Screen
, Turtle
在Screen
上移动来作画。
需要注意的是,turtle起始的位置是(0, 0),位于画布中心,左边和下边的坐标为负值。
画笔Turtle
重要操作:
画笔申明:如果画笔上有很多画笔需要 申明 turtle.Pen(),否则 默认是一个画笔,无需申明,如
turtle.forward(50)
就是表示画笔向前移动50画笔颜色:color('red', 'yellow'), 第一个red表示画笔颜色, yellow表示填充颜色
填充的范围:begin_fill()和end_fill()之间的部分
画笔的移动:forward是向前多少距离,left是向左角度, 与之对应的是向后backward 和向右right。goto()是移动到某个坐标值
画笔的当前属性:如位置pos()即海龟当前的坐标 (x,y) ,还有如朝向角度值:heading()
画笔的控制:penup和pendown,默认画笔是在pendown状态下,只要有移动就会在画布上画出图形,如果需要调整位置,在另外一个位置下笔,需要先penup,否则移动画笔时也会有线条出来。这个和现实中画画是一样的。
画笔的可见性:正常情况下画笔时一个箭头的形状,可以通过hideturtle()和showturtle()隐藏和显示画笔
Screen
重要操作:
设置背景颜色:bgcolor("white")
3. 其他turtle功能
除了上面例子中涉及到turtle常用功能函数,还有一些重要的功能。
圆形circle() 前面的例子给出的是直线的例子(直线可以构成三角形,多边形等),另外一个重要的图形是圆形
turtle.circle(radius, extent=None, steps=None)
我们来看一个太极的例子:
import turtle from turtle import * #从turtle中导出所有模块 radius = 100 #半径为100 color("black", "black") #画线颜色黑色,填充颜色黑色 begin_fill() #开始填充 circle(radius/2, 180) #逆时针画圈,半径为50,180° circle(radius, 180) #逆时针画圈,半径为100,180° left(180) #转向180° circle(-radius/2, 180) #顺时针画圈,半径50,180° end_fill() #填充结束 #移动到画太极图黑色的小圈位置,开始画小白圈 left(90)#左转向90°,海龟头垂直水平线向上 penup()#提笔,不留痕迹 forward(radius*0.35)#向前,半径的0.35=35像素 right(90)#右转向90°,海龟头与右侧水平线同向 pendown()#落笔,开始画线 #开始画太极图黑色部分的小白圈 color("white", "white")#画线颜色为白色,填充颜色为白色 begin_fill()#开始填充 circle(radius*0.15)#逆时针画圈,半径的0.15=15像素(35+15+15+35=100) end_fill() #填充结束left(90)#左转向90° penup()#提笔,不留痕迹 backward(radius*0.7)#后退往下走,为半径的0.7=70,此时海龟头朝上与水平垂直 pendown()#落笔,开始留下痕迹 left(90)#左转90°,此时海龟头与左侧水平同向 #开始画太极图白色部分里的小黑圈 color("black", "black")#画线颜色为黑色,填充为黑色 begin_fill()#开始填充 circle(radius*0.15)#开始逆时针画圈,半径的0.15=15个像素 end_fill() #填充完毕right(90)#再右转90°,此时海龟头垂直水平线向上 penup()#提笔,不留痕迹 backward(radius*0.65)#后退为半径的0.65=65个像素,往下到达太极图黑色半圈的底点处 right(90)#右转90°,海龟头与右侧水平线同向 pendown()#落笔,开始留下痕迹 circle(radius, 180)#逆时针画圈,半径100,180°,画太极图的白色部分的大圈 hideturtle()#隐藏笔头hideturtle turtle.done()
radius:半径, radius 为正值则朝逆时针方向绘制圆弧,否则朝顺时针方向
extent:表示是否画部分的圆,如半圆是180,默认是一整个圆
steps:是表示画圆用多少个多边形来画。圆其实是无穷多个多边形来近似得到。不过一般情况下,一定程度的多边形,肉眼就会人为圆的幅度是光滑的
可以看出太极图有2个小半圆和2个大半圆,以及2个更小的整圆构成。
动画控制 turtle绘制图像的过程其实是动态的,每绘制一个部分画面可以理解为一个视频帧,画完视频就结束。所以turtle除了可以绘制图形,还可以用来做动画演示或者交互游戏也是可以。下面以一个例子说明下:
import turtle, time# 初始不更新画面turtle.tracer(0)# 地板墙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 = 15ball = 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()# 球参数FPS = 60 # 每秒60帧G = 0.03 # 模拟重力加速度DRAG = 0.9956 # 阻力v_y = 1 # 初始速度while True:# 清除印章ball.clearstamps()v_y += G # 模拟重力加速度if pos_y - R - 10 < wall_y: # 撞地面v_y *= -1pos_x, pos_y = pos_x, pos_y - v_yball.goto(pos_x, pos_y)v_y = v_y * DRAG# 通过印章显示球ball.stamp()# 更新画面信息turtle.update()time.sleep(1 / FPS)
4. 更多的例子
玫瑰曲线
from turtle import * from math import * color("red") def draw(a,end):t=0while t<(14*end):x=a*sin(t*3.14)*cos(t)y=a*sin(t*3.14)*sin(t)goto(x,y)t=t+0.03draw(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()
5. 总结
本文分享了python的logo语言turtle库,可以绘制图画和动画。总结如下:
turtle两个重要元素:画布Screen和画笔Turtle
默认当前为一个画笔,turtle.Pen()申明多个画笔
画笔属性:颜色color, 大小pensize,位置pos
画笔填充:begin_fill()和end_fill()
画笔移动:前后forward和backward, 角度left和right
圆形画笔:circle
画笔控制:penup 和pendown
动画控制:update和trace追踪
6. 参考资料
https://docs.python.org/zh-cn/3/library/turtle.html#
作者简介:wedo实验君, 数据分析师;热爱生活,热爱写作
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