Python漂浮的爱心

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写在前面

Python实现漂浮爱心动画的完整代码。

技术需求

1. Turtle 图形库：

   • 通过 turtle 库进行图形绘制，创建了动态的爱心动画。使用 Pen() 创建画笔对象，控制画笔的运动、绘制和颜色等属性。turtle 库还提供了绘制基本几何图形（如圆形、直线等）的功能，适用于动画和图形界面的创建。

2. 面向对象编程 (OOP)：

   • 通过定义 Heart 类来实现爱心的对象化管理。每个爱心具有自己的属性（如位置、速度、颜色、半径等）和方法（如移动、绘制等）。这种设计方式使得每个爱心的行为独立且封装，方便管理和扩展。

3. 随机数生成：

   • 使用 random 库生成随机数，为每个爱心的属性（如位置、大小、颜色、速度）赋予随机值，使得每次运行时爱心的位置、运动轨迹和速度都不相同，从而增加了动画的随机性和趣味性。

4. 数学计算：

   • 使用 math 库中的三角函数 sin() 来控制爱心左右的摆动。通过正弦函数的变化，爱心的水平运动轨迹呈现波动效果，模拟了自然的漂浮感觉。

5. 动态画布更新：

   • 使用 tu.tracer(0) 和 tu.update() 来优化画布的更新。tu.tracer(0) 禁用自动刷新，避免每次绘制时屏幕的闪烁；tu.update() 在所有绘制完成后一次性刷新屏幕，提高了动画的流畅度。

6. 无限循环与实时动画：

   • 通过 while True 无限循环实现了爱心的持续漂浮和动态更新，模拟了连续的动画效果。每次循环都会更新爱心的位置，并重绘它们。

完整代码

import turtle as tu
import random as ra
import math


tu.setup(1.0, 1.0)
tu.screensize(1.0, 1.0)
t = tu.Pen()
t.ht()
colors = ['pink']
class Heart():    #每个爱心（爱心类）
    def __init__(self):
        self.r = ra.randint(10,15)        #爱心的半径
        self.x = ra.randint(-1000,1000)   #爱心的横坐标
        self.y = ra.randint(-500,500)     #爱心的纵坐标
        self.f = ra.uniform(-3.14,3.14)   #爱心左右移动呈正弦函数
        self.speed = ra.randint(5,10)     #爱心移动速度
        self.color = ra.choice(colors)    #爱心的颜色
        self.outline = 1                  #爱心的外框大小（可不要）
......

代码分析

这段 Python 代码使用 turtle 库和 random 库创建了一种动态效果，其中多个爱心在屏幕上飘浮，模拟爱心随时间和运动的变化。下面将从代码的各个部分进行详细分析，重点关注代码的功能、实现过程、以及相关的技术细节。

1. 引入必要的库

import turtle as tu
import random as ra
import math

这段代码导入了三个库：

• turtle：Python 的一个图形绘制模块，常用于绘制简单的图形和动画。
• random：用于生成随机数的库，代码中用它来随机生成爱心的属性（位置、速度等）。
• math：提供数学运算支持，在这里用来处理一些运动的三角函数，特别是爱心的左右摆动。

2. 设置屏幕参数

tu.setup(1.0, 1.0)
tu.screensize(1.0, 1.0)

• tu.setup(1.0, 1.0) 设置了屏幕的宽度和高度为 1.0，即使用屏幕的最大范围。
• tu.screensize(1.0, 1.0) 设置了屏幕的显示区域，参数也为最大。

3. 创建画笔对象

t = tu.Pen()
t.ht()

• t = tu.Pen() 创建了一个画笔对象 t，可以用它来控制 Turtle 画笔的状态和位置。
• t.ht() 隐藏了画笔。因为我们不需要在屏幕上看到画笔本身，只需绘制出爱心图形。

4. 定义颜色列表

colors = ['pink']

这里的颜色列表只包含一个颜色 'pink'，表示所有爱心的颜色都将是粉色。这也使得整个动画具有统一的风格。

5. 定义 Heart 类

• Heart 类用于表示一个爱心对象，每个实例代表一个漂浮的爱心。
• self.r：随机生成爱心的半径，取值范围是 10 到 15。
• self.x 和 self.y：随机生成爱心的初始位置，x 在横轴上取值范围为 -1000 到 1000，y 在纵轴上取值范围为 -500 到 500。
• self.f：随机生成一个角度值，用于控制爱心的左右移动，范围是 -π 到 π。
• self.speed：随机生成爱心的速度，取值范围为 5 到 10。
• self.color：爱心的颜色，这里是从 colors 列表中随机选取颜色，虽然目前 colors 列表只有 'pink' 一个颜色，但可以方便未来扩展。
• self.outline：爱心的外框线宽，默认值为 1。

6. move 方法

• 该方法控制爱心的位置更新和漂浮。
• 首先判断爱心是否在画布范围内 (self.y <= 500)。
  • 如果爱心仍在画布内，self.y += self.speed 使爱心垂直方向上向下移动，self.x += self.speed * math.sin(self.f) 控制爱心在水平方向上的移动，self.f += 0.1 使得爱心的左右运动呈现正弦波状。
  • 如果爱心超出了画布的下边界 (self.y > 500)，则重新生成一个新的爱心对象，并将其初始位置设置为画布的上方。

7. draw 方法

• draw 方法负责使用 turtle 绘制爱心形状。
  • t.pensize(self.outline) 设置画笔的外框宽度。
  • t.penup() 抬起画笔，移动到指定位置后再绘制。
  • t.goto(self.x, self.y) 将画笔移动到当前爱心的随机位置。
  • t.pendown() 放下画笔开始绘制。
  • 使用 begin_fill() 和 end_fill() 方法填充爱心内部颜色为粉色。
  • 通过 t.setheading(120) 设置画笔的初始角度，t.circle(self.r, 195) 画出爱心的两个半圆部分，t.fd(self.r * 2.4) 和 t.left(90) 绘制爱心的底部。

8. 创建多个爱心对象

Hearts = []            # 用列表保存所有爱心
for i in range(100):
    Hearts.append(Heart())

• Hearts 列表用于保存所有的爱心对象。通过 for 循环，创建 100 个 Heart 实例，并将其添加到 Hearts 列表中。

9. 设置背景颜色

tu.bgcolor('black')

• 这行代码将画布的背景色设置为黑色，能让粉色的爱心更加突出。

10. 漂浮效果的实现

• 进入一个无限循环，模拟爱心漂浮的过程。
• tu.tracer(0) 禁用画布的自动刷新，以提高性能，避免每次绘制都更新屏幕。
• t.clear() 清除当前的绘图，准备进行下一次绘制。
• 使用 for i in range(50) 来控制当前绘制 50 个爱心对象。
  • Hearts[i].move() 调用每个爱心的 move 方法，使爱心根据随机属性移动。
  • Hearts[i].draw() 绘制爱心。
• tu.update() 刷新画布，显示更新后的图形。

11. 总结

这段代码通过定义 Heart 类，结合随机生成的属性和移动机制，使用 turtle 库绘制了一个动态的爱心飘浮效果。每个爱心都有随机的颜色、速度、位置和运动轨迹，模拟了爱心在画布上自由飘浮的效果。这种设计方法不仅实现了动态效果，还通过面向对象的设计，使得代码结构清晰易于扩展。

写在后面

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