是谁不会表达?来看看程序员的浪漫❤ 1.1

粒子爱心♥

主要功能说明

程序创建了一个黑色背景的窗口,其中会显示一个不断动态变化的粉色爱心。爱心由大量的小方块组成,这些方块会按照一定的数学规律移动,模拟出心跳和扩散的效果。

核心代码解析

  1. 爱心函数(heart_function)
python 复制代码
def heart_function(t, shrink_ratio: float = IMAGE_ENLARGE):
    x = 16 * (sin(t) ** 3)
    y = -(13 * cos(t) - 5 * cos(2 * t) - 2 * cos(3 * t) - cos(4 * t))
    x *= shrink_ratio
    y *= shrink_ratio
    x += CANVAS_CENTER_X
    y += CANVAS_CENTER_Y
    return int(x), int(y)

这是绘制爱心的数学公式,通过参数t(角度)计算出爱心上的点坐标,再经过缩放和平移使其居中显示在画布上。

  1. 扩散函数

    • scatter_inside:生成爱心内部的随机扩散点
    • shrink:使点向中心收缩,产生聚集效果
  2. Heart 类这个类负责管理所有构成爱心的点:

    • __init__:初始化并构建爱心的各种点集合
    • build:创建原始爱心点、边缘扩散点和中心扩散点
    • calc:计算每帧中所有点的位置,实现动态效果
    • render:在画布上绘制指定帧的所有点
  3. 绘制循环(draw 函数) 这是一个递归函数,通过after方法实现定时刷新,每 160 毫秒更新一帧,创造出动画效果。

如何运行和修改

  • 直接运行程序会打开一个窗口显示动态爱心
  • 可以修改HEART_COLOR变量改变爱心颜色(如"#ff2121"是红色)
  • 调整IMAGE_ENLARGE可以改变爱心大小
  • 修改draw函数中的160可以调整动画速度(数值越小速度越快)
  • 调整CANVAS_WIDTHCANVAS_HEIGHT可以改变窗口大小

这个程序结合了数学函数和计算机图形学的基础知识,通过简单的几何变换和随机算法创造出了生动的视觉效果。

代码示例:

python 复制代码
import random
from math import sin, cos, pi, log
from tkinter import *

CANVAS_WIDTH = 640
CANVAS_HEIGHT = 480
CANVAS_CENTER_X = CANVAS_WIDTH / 2
CANVAS_CENTER_Y = CANVAS_HEIGHT / 2
IMAGE_ENLARGE = 11
HEART_COLOR = "#FFC0CB" #ff2121


def heart_function(t, shrink_ratio: float = IMAGE_ENLARGE):

    x = 16 * (sin(t) ** 3)
    y = -(13 * cos(t) - 5 * cos(2 * t) - 2 * cos(3 * t) - cos(4 * t))

    x *= shrink_ratio
    y *= shrink_ratio

    x += CANVAS_CENTER_X
    y += CANVAS_CENTER_Y

    return int(x), int(y)


def scatter_inside(x, y, beta=0.15):

    ratio_x = - beta * log(random.random())
    ratio_y = - beta * log(random.random())

    dx = ratio_x * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio_y * (y - CANVAS_CENTER_Y)

    return x - dx, y - dy


def shrink(x, y, ratio):

    force = -1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.6)  # 这个参数...
    dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y)
    return x - dx, y - dy


def curve(p):

    return 2 * (2 * sin(4 * p)) / (2 * pi)


class Heart:

    def __init__(self, generate_frame=20):
        self._points = set()  # 原始爱心坐标集合
        self._edge_diffusion_points = set()  # 边缘扩散效果点坐标集合
        self._center_diffusion_points = set()  # 中心扩散效果点坐标集合
        self.all_points = {}  # 每帧动态点坐标
        self.build(2000)

        self.random_halo = 1000

        self.generate_frame = generate_frame
        for frame in range(generate_frame):
            self.calc(frame)

    def build(self, number):

        for _ in range(number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t)
            self._points.add((x, y))


        for _x, _y in list(self._points):
            for _ in range(3):
                x, y = scatter_inside(_x, _y, 0.05)
                self._edge_diffusion_points.add((x, y))


        point_list = list(self._points)
        for _ in range(4000):
            x, y = random.choice(point_list)
            x, y = scatter_inside(x, y, 0.17)
            self._center_diffusion_points.add((x, y))

    @staticmethod
    def calc_position(x, y, ratio):

        force = 1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.520)  # 魔法参数

        dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X) + random.randint(-1, 1)
        dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y) + random.randint(-1, 1)

        return x - dx, y - dy

    def calc(self, generate_frame):
        ratio = 10 * curve(generate_frame / 10 * pi)  # 圆滑的周期的缩放比例

        halo_radius = int(4 + 6 * (1 + curve(generate_frame / 10 * pi)))
        halo_number = int(3000 + 4000 * abs(curve(generate_frame / 10 * pi) ** 2))

        all_points = []

        heart_halo_point = set()
        for _ in range(halo_number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t, shrink_ratio=11.6)
            x, y = shrink(x, y, halo_radius)
            if (x, y) not in heart_halo_point:
                heart_halo_point.add((x, y))
                x += random.randint(-14, 14)
                y += random.randint(-14, 14)
                size = random.choice((1, 2, 2))
                all_points.append((x, y, size))

        for x, y in self._points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 3)
            all_points.append((x, y, size))

        for x, y in self._edge_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))

        for x, y in self._center_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))

        self.all_points[generate_frame] = all_points

    def render(self, render_canvas, render_frame):
        for x, y, size in self.all_points[render_frame % self.generate_frame]:
            render_canvas.create_rectangle(x, y, x + size, y + size, width=0, fill=HEART_COLOR)


def draw(main: Tk, render_canvas: Canvas, render_heart: Heart, render_frame=0):
    render_canvas.delete('all')
    render_heart.render(render_canvas, render_frame)
    main.after(160, draw, main, render_canvas, render_heart, render_frame + 1)


if __name__ == '__main__':
    root = Tk()  # 一个Tk
    canvas = Canvas(root, bg='black', height=CANVAS_HEIGHT, width=CANVAS_WIDTH)
    canvas.pack()
    heart = Heart()
    draw(root, canvas, heart)
    root.mainloop()

效果图:

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