Python玫瑰花 - 技术栈

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前言

我用Python实现了炫酷的3D玫瑰花！

Turtle画图

Turtle 是一个简单的图形库，可用于 Python 编程语言。它可以让你使用 Python 程序画出各种图形，包括线条、图案、几何图形等等。Turtle 的使用非常简单，特别适合初学者学习编程。

以下是关于 Turtle 的入门指南，介绍了 Turtle 的基本功能以及如何通过编程来控制 Turtle 画图。

1.安装 Turtle

Turtle 是 Python 的标准库之一，因此你不需要额外安装它。如果你使用的是 Python 3.x 版本，只需在 Python 命令行键入以下命令：

python 复制代码

import turtle

如果不报错，则说明你已经成功导入了 Turtle 库。

2.创建一个 Turtle 画布

在开始画图之前，你需要创建一个画布。使用以下代码来创建一个窗口和一个空白画布：

python 复制代码

import turtle

# 创建画布
window = turtle.Screen()

# 创建一个空白画布
canvas = turtle.Turtle()

在这个示例中，我们首先导入了 Turtle 库。然后，使用 `turtle.Screen()` 创建一个名为 `window` 的 Turtle 窗口。接下来，我们使用 `turtle.Turtle()` 创建一个名为 `canvas` 的新画布，它位于窗口的中心。

3.移动 Turtle

现在，我们可以开始向画布绘制图形了。首先，让我们看看如何移动 Turtle。Turtle 通过向前或向后移动一定距离来画一条线。在开始之前，让我们先了解一下坐标系。在 Turtle 中，窗口的中心点是坐标原点（0,0），向右是正 X 轴方向，向上是正 Y 轴方向。坐标的单位是画布上的像素。

使用以下代码，让 Turtle 向右移动 50 个像素：

python 复制代码

# 移动 Turtle 50 个像素
canvas.forward(50)

`forward()` 方法让 Turtle 向前移动一定距离，它的参数是像素数。现在，如果你在 Python 窗口中运行代码，你应该可以看到一个向右移动 50 像素的线。如果要向左移动，只需将参数改为负数：

python 复制代码

# 向左移动 50 个像素
canvas.forward(-50)

使用 `backward()` 方法也可以让 Turtle 向后移动一定距离：

python 复制代码

# 向后移动 50 个像素
canvas.backward(50)

除了向前和向后移动之外，还可以让 Turtle 向左或向右转动一定角度：

python 复制代码

# 向左旋转 90 度
canvas.left(90)

# 向右旋转 45 度
canvas.right(45)

当然，你也可以使用 `goto()` 方法直接将 Turtle 移动到指定的坐标处：

python 复制代码

# 将 Turtle 移动到坐标 (100, 100)
canvas.goto(100, 100)

4.绘制形状

除了直线以外，Turtle 还可以使用 `circle()` 方法绘制圆形：

python 复制代码

# 绘制半径为 50 的圆形
canvas.circle(50)

`circle()` 方法的参数是圆的半径，如果要绘制椭圆，可以使用 `shapesize()` 方法：

python 复制代码

# 绘制长半轴为 200，短半轴为 100 的椭圆
canvas.shapesize(200, 100)

当然，你也可以使用 `begin_fill()` 和 `end_fill()` 方法填充形状：

python 复制代码

# 绘制一个黄色的圆形
canvas.color('yellow')
canvas.begin_fill()
canvas.circle(50)
canvas.end_fill()

5.线条属性

除了移动和绘制形状以外，你还可以设置 Turtle 的线条属性。以下是一些常用的属性：

`pensize()` 设置线条宽度
`penup()` 和 `pendown()` 控制画笔的起始和结束状态
`color()` 设置画笔颜色
`speed()` 设置画笔移动速度

python 复制代码

# 设置线条宽度为 5
canvas.pensize(5)

# 抬起画笔
canvas.penup()

# 移动到坐标 (50, 50)
canvas.goto(50, 50)

# 放下画笔
canvas.pendown()

# 设置画笔颜色为红色
canvas.color('red')

# 设置画笔移动速度为 10
canvas.speed(10)

6.示例代码

接下来，我们将使用 Turtle 画一个简单的正方形：

python 复制代码

import turtle

# 创建画布和 Turtle 对象
window = turtle.Screen()
canvas = turtle.Turtle()

# 设置画笔宽度和颜色
canvas.pensize(5)
canvas.color('red')

# 画正方形
for i in range(4):
    canvas.forward(100)
    canvas.right(90)

# 显示窗口
turtle.done()

以上代码将创建一个名为 `window` 的窗口，创建一个名为 `canvas` 的 Turtle 对象。然后，我们设置了画笔的宽度和颜色。接下来，我们使用 `for` 循环绘制正方形的四个边。最后，使用 `turtle.done()` 显示窗口并等待用户关闭。

7.总结

Turtle 是一个简单的图形库，可用于 Python 编程语言。使用 Turtle，你可以使用 Python 程序画出各种图形，包括线条、图案、几何图形等等。通过本入门指南的介绍，你应该已经了解了 Turtle 的基本操作和功能，可以开始绘制自己的图形了。

普通玫瑰花

程序设计

python 复制代码

import turtle

turtle.Turtle().screen.delay(0)
# 设置初始位置
turtle.penup()
turtle.left(90)
turtle.fd(200)
turtle.pendown()
turtle.right(90)

# 花蕊
turtle.fillcolor("red")
turtle.begin_fill()
turtle.circle(10, 180)
turtle.circle(25, 110)
turtle.left(50)
turtle.circle(60, 45)
turtle.circle(20, 170)
turtle.right(24)
turtle.fd(30)
turtle.left(10)
turtle.circle(30, 110)
turtle.fd(20)
turtle.left(40)
turtle.circle(90, 70)
turtle.circle(30, 150)
turtle.right(30)
turtle.fd(15)
turtle.circle(80, 90)
turtle.left(15)
turtle.fd(45)
turtle.right(165)
turtle.fd(20)
turtle.left(155)
turtle.circle(150, 80)
turtle.left(50)
turtle.circle(150, 90)
turtle.end_fill()

# 花瓣1
turtle.left(150)
turtle.circle(-90, 70)
turtle.left(20)
turtle.circle(75, 105)
turtle.setheading(60)
turtle.circle(80, 98)
turtle.circle(-90, 40)

# 花瓣2
turtle.left(180)
turtle.circle(90, 40)
turtle.circle(-80, 98)
turtle.setheading(-83)

# 叶子1
turtle.fd(30)
turtle.left(90)
turtle.fd(25)
turtle.left(45)
turtle.fillcolor("green")
turtle.begin_fill()
turtle.circle(-80, 90)
turtle.right(90)
turtle.circle(-80, 90)
turtle.end_fill()

turtle.right(135)
turtle.fd(60)
turtle.left(180)
turtle.fd(85)
turtle.left(90)
turtle.fd(80)

# 叶子2
turtle.right(90)
turtle.right(45)
turtle.fillcolor("green")
turtle.begin_fill()
turtle.circle(80, 90)
turtle.left(90)
turtle.circle(80, 90)
turtle.end_fill()

turtle.left(135)
turtle.fd(60)
turtle.left(180)
turtle.fd(60)
turtle.right(90)
turtle.circle(200, 60)
turtle.mainloop()

程序分析

这段代码使用 Python 的 turtle 库绘制了一朵复杂的花朵。运行在 Python 解释器中，并使用 turtle.Turtle() 函数创建一个 Turtle 对象进行绘制。

首先设置初始位置，然后使用 turtle.penup() 和 turtle.pendown() 函数分别切换画笔状态为抬起和落下。接下来使用 turtle.circle() 函数和 turtle.fd() 函数绘制花瓣、叶子和花蕊等各个部分，并使用 turtle.fillcolor() 和 turtle.begin_fill() 函数设置填充颜色和启动填充。最后使用 turtle.end_fill() 函数结束填充。

整个过程中涉及到多次调用 turtle.circle() 函数绘制圆弧段，turtle.fd() 函数绘制直线段，turtle.left() 和 turtle.right() 函数控制方向，turtle.setheading() 函数设置朝向等。最后使用 turtle.mainloop() 函数保持绘画窗口的持久显示。

因为代码中使用了多个 turtle 库的函数，感性地理解需要一定的绘画知识和 Python 编程知识。如果对这些函数的使用和参数含义有疑问，可以查阅 turtle 库的官方文档或进行进一步学习。

立体玫瑰花

程序设计

python 复制代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
ax = fig.add_subplot(projection='3d')
[x, t] = np.meshgrid(np.array(range(25)) / 24.0, np.arange(0, 575.5, 0.5) / 575 * 20 * np.pi + 4 * np.pi)
p = (np.pi / 2) * np.exp(-t / (8 * np.pi))
change = np.sin(15 * t) / 150
u = 1 - (1 - np.mod(3.3 * t, 2 * np.pi) / np.pi) ** 4 / 2 + change
y = 2 * (x ** 2 - x) ** 2 * np.sin(p)
r = u * (x * np.sin(p) + y * np.cos(p))
h = u * (x * np.cos(p) - y * np.sin(p))
c = plt.get_cmap('Reds')
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程序分析

这段代码使用了 Python 的 matplotlib 库绘制了一个三维玫瑰花图形，其中利用了 numpy 库进行数学计算和生成网格点。

首先创建了一个 5x5 英寸大小的图形对象 fig，然后使用 add_subplot() 函数创建一个 3D 坐标系 ax。接下来生成网格点坐标 x 和 t，并使用这些坐标计算出平面参数 p 和变化值 change，以及空间坐标值 u、y、r 和 h。

然后使用 plt.get_cmap() 函数获取色图对象，并使用坐标值绘制出玫瑰花的曲面 surf。最后使用 set_xticks()、set_yticks() 和 set_zticks() 函数设置坐标轴的刻度标签，然后用 plt.show() 函数显示图形并保持窗口的持久显示。

整个过程中运用了 numpy 库的 meshgrid()、sin()、exp()、arange() 和 mod() 等函数，以及 matplotlib 库的 figure()、subplot()、plot_surface()、get_cmap()、set_xticks()、set_yticks() 和 set_zticks() 等函数，需要一定的数学计算和 Python 编程知识。

四季玫瑰花

程序设计

python 复制代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection='3d')
[x, t] = np.meshgrid(np.array(range(25)) / 24.0, np.arange(0, 575.5, 0.5) / 575 * 30 * np.pi - 4 * np.pi)
p = (np.pi / 2) * np.exp(-t / (8 * np.pi))
change = np.sin(20 * t) / 50
u = 1 - (1 - np.mod(3.3 * t, 2 * np.pi) / np.pi) ** 4 / 2 + change
y = 2 * (x ** 2 - x) ** 2 * np.sin(p)
r = u * (x * np.sin(p) + y * np.cos(p)) * 1.5
h = u * (x * np.cos(p) - y * np.sin(p))
......（关注文末公众号免费领取完整代码）

程序分析

这段代码使用了 numpy 和 matplotlib 的库。它创建了一个三维玫瑰花，其中的点是通过一系列的数学运算计算得出的。

首先，用 np.meshgrid 创建了一个网格，包括 x 和 t 坐标。x 坐标是 0 到 1 的 25 个数，t 坐标是 0 到 30π，步长为 0.5，与它的指数和三角函数一起用于后面的计算。

接下来，通过一些数学公式计算出了一些新的值，如 p、change、u、y、r 和 h。它们分别是：

p：计算一个正弦函数，用于后面的计算。

change：计算一个正弦函数，用于后面的计算。

u：计算一个双曲线函数，用于后面的计算。

y：根据一些三角函数和指数计算 y 坐标的值。

r：使用上述计算出的值得出一个极坐标的半径。

h：使用上述计算出的值得出一个高度。

最后，使用 plt.get_cmap 获得了一个颜色映射，并将这些点绘制到了三维图形中。

该代码中的各项数学运算很复杂，但主要目的是创建一个有趣的、复杂的三维玫瑰花图形。

尾声

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