manim边学边做--直线类

直线 是最常用的二维结构，也是构造其他二维图形的基础。
manim中针对线性结构提供了很多模块，本篇主要介绍常用的几个直线类的模块。

1. Line：通用直线
2. DashedLine：各种类型的虚线
3. TangentLine：根据已有的几何体，绘制它的切线
4. LabeledLine：带有标签的直线

其中，DashedLine，TangentLine和LabeledLine都继承自Line。

直线系列 的模块也位于manim中的Mobject之下。

1. 主要参数

模块Line的常用参数有：

参数名称	类型	说明
start	Point3D	直线的起点
end	Point3D	直线的终点
path_arc	float	直线的弯曲程度

Line模块常用的就是start和end参数，path_arc参数是调节直线弯曲度的，用的不多。

模块DashedLine除了包含Line的参数之外，还有两个特有的参数：

参数名称	类型	说明
dash_length	float	每小段虚线的长度
dashed_ratio	float	虚线的疏密程度

模块TangentLine是专门用来绘制切线的，它的参数有：

参数名称	类型	说明
vmob	VMobject	绘制切线的几何体，一般是圆形
alpha	float	切线围绕在几何体上的方向，范围从0~1
d_alpha	float	切线的偏移度，默认是很小的值
length	float	切线长度

这里的alpha参数范围从0~1，代表了围绕vmob一周。

模块LabeledLine可以在直线上加一个便签，这在制作动画时非常有用，可以给线段添加说明信息。

参数名称	类型	说明
label	str	标签中文字，可支持数学公式
label_position	float	标签位置，默认在直线正中间
font_size	float	标签字体大小
label_color	Color	标签颜色
label_frame	bool	是否显示标签背景
frame_fill_color	Color	标签背景颜色
frame_fill_opacity	float	标签背景透明度

2. 主要方法

模块Line的常用方法有：

名称	说明
get_angle	直线相对于水平方向的角度
get_projection	直线外一点在直线上的投影
get_slot	直线的斜率
get_unit_vector	直线对应的单位向量
get_vector	直线对应的向量
put_start_and_end_on	重新设置直线的起点和终点
set_angle	重新设置直线的角度
set_length	重新设置直线的长度
set_path_arc	重新设置直线的弯曲度
set_points_by_ends	重新设置直线的起点和终点，类似 put_start_and_end_on

通过Line提供的get_*和set_*方法，可以灵活的获取直线的信息，进行计算之后，再改变直线的状态。

这在制作数学动画时非常有用。

模块DashedLine的常用方法有：

名称	说明
get_start	虚线的起点
get_end	虚线的终点
get_first_handle	贝塞尔曲线的第一个控制点
get_last_handle	贝塞尔曲线的最后一个控制点

manim中，直线也可以有弯曲度，所以直线都是通过贝塞尔曲线的方式绘制的，
get_first_handle和get_last_handle是为了获取贝塞尔曲线的控制点。

模块TangentLine和LabeledLine没有自己特殊的方法，但是它们继承自Line的方法基本都可以使用。

3. 使用示例

下面通过示例来演示直线类模块的效果。

3.1. 直线样式

直线Line从形状上看比较简单，能够设置的属性也就是长度，弯曲度等等。

Line(LEFT * 2, RIGHT * 2)
Line(LEFT, RIGHT)
Line(
    LEFT * 1.5,
    ORIGIN,
    path_arc=0.5,
)
Line(
    ORIGIN,
    RIGHT * 1.5,
    path_arc=1.5,
)

3.2. 动态改变直线

通过直线的方法，可以动态的改变直线。

l = Line(LEFT * 2, RIGHT * 2)
# 改变长度
l.set_length(2)
# 改变角度
l.set_angle(0.785)
# 改变弯曲度
l.set_path_arc(1)

3.3. 虚线样式

虚线DashedLine除了上面直线Line的属性之外，还可以设置自己特有的虚线样式。

start = LEFT * 2
end = RIGHT * 2

DashedLine(start, end)
DashedLine(
    start,
    end,
    dash_length=0.5,
)
DashedLine(
    start,
    end,
    dash_length=1,
    dashed_ratio=0.8,
)
DashedLine(
    start,
    end,
    dashed_ratio=0.1,
)

3.4. 切线样式

切线TangentLine本身就是一个普通的直线Line。

它的主要作用是制作动画时不用自己去手工计算，就能方便的绘制一个图形的切线。

c = Circle(radius=1).shift(DOWN)

TangentLine(c, alpha=0)
TangentLine(c, alpha=0.125)
TangentLine(c, alpha=0.375)
TangentLine(c, alpha=0.75)

3.5. 直线上的标签

LabeledLine在需要给动画中的某些线加说明的时候非常有用。

start = LEFT * 2
end = RIGHT * 2
txt1 = Text("中文说明")
txt2 = Text("标签背景")

LabeledLine(
    label="y=kx+b",
    font_size=25,
    start=start,
    end=end,
)
LabeledLine(
    label=txt1,
    start=start,
    end=end,
)
LabeledLine(
    label="z=\sqrt{x^2+y^2}",
    font_size=25,
    start=start,
    end=end,
    label_color=RED,
    label_frame=False,
)
LabeledLine(
    label=txt2,
    start=start,
    end=end,
    frame_fill_color=GREEN,
    frame_fill_opacity=0.8,
)

4. 附件

文中完整的代码放在网盘中了（line.py），

下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)