1 前言
昨天是农历的三月初三，相传这一天是轩辕黄帝的诞辰日。春秋时期，三月初三的纪念活动还是非常隆重的，至魏晋则演变为达官显贵、文人雅士临水宴饮的节日。兰亭序中提到的"曲水流觞"，也许就是这一习俗的写照吧（个人猜想，未经考证）。唐以后，三月初三渐渐湮没于历史的长河中。
于我而言，三月初三却是一个放风筝的日子。每逢这一天，耳边总会响起一首老歌：又是一年三月三，风筝飞满天……上班路上，看道路两侧草长莺飞、杨柳拂面，一时玩心顿起：何不用3D构造一个天上白云飘飘，地上绿草茵茵的虚幻空间，在里面放飞几只风筝自娱自乐呢？
心动不如行动。打开Python的IDLE，经过一番尝试，竟然轻松在一片辽阔的草原上放飞了几只风筝。风筝们迎风飘动，长长的风筝线像悬链一样跟着摆动。拖动鼠标，还可以从不同的角度、距离欣赏，恍若置身于大草原上。
如果觉得好玩，就跟我一起到草原放风筝吧。先说好了，你可以搭我的便车，食宿请自理。不多说了，快上车！
2 原材料
2.1 Python环境和模块
一台安装了Python环境的电脑，Python环境需要安装以下模块。
如果没有上述模块，请参考下面的命令安装。我刚刚升级了wxgl模块（从0.6.3升级到0.6.4），如果此前有安装，请删除后再次安装.
pip install numpy
pip install scipy
pip install pillow
pip install wxgl
NumPy和pillow是Python旗下最常用的科学计算库和图像处理库，属于常用模块。WxGL是一个基于PyOpenGL的三维数据可视化库，以wx为显示后端，提供Matplotlib风格的交互式应用模式，同时，也可以和wxPython无缝结合，在wx的窗体上绘制三维模型。关于WxGL的更多信息，请参阅我的另一篇博客《十分钟玩转3D绘图：WxGL完全手册》。
2.2 草原和风筝素材
请下载下面的草原和风筝素材，保存到项目路径下的res文件夹中。如果使用其他图片，请保持草原图片的宽高比为4:3，风筝素材需要带透明通道的png格式。
草原素材：sky.jpg
风筝素材：butterfly.jpg
风筝素材：eagle.jpg
风筝素材：fish.jpg
2.3 打开IDLE，导入模块
>>> import numpy as np
>>> from PIL import Image
>>> import wxgl.wxplot as plt # 交互式3D绘图库
>>> from scipy.spatial.transform import Rotation # 空间旋转计算
3 制作工序
3.1 蓝天和草原
用3D绘制天空，最常用的方法是天空顶和天空盒。不过，这两个方法都有局限性，效果只能说差强人意。我们这里用的是天空盒。所谓天空盒，顾名思义，就是从一张图片上裁切出六个矩形，拼成一个六面体，观察者站在六面体内，就有了“天苍苍野茫茫”的赶脚。
下图是从上图裁切出的上下前后左右六个面。
了解了天空盒的原理，实现起来就简单多了。先来裁切上下前后左右六个面。
>>> im = np.array(Image.open(r'D:\temp\kite\res\sky.jpg')) # 打开蓝天草原的图片
>>> u = im.shape[0]//3 # 天空盒（正六面体的棱长）
>>> im_top = im[:u, u:2*u, :]
>>> im_left = im[u:2*u, :u, :]
>>> im_front = im[u:2*u, u:2*u, :]
>>> im_right = im[u:2*u, 2*u:3*u, :]
>>> im_back = im[u:2*u, 3*u:, :]
>>> im_bottom = im[2*u:, u:2*u, p; m = np.power(np.linspace(0,k,k), 3)/(k*k*k)
dx, dy = v1[0]-v0[0], v1[1]-v0[1]
x = v1[0] - m*dx
y = v1[1] - m*dy
z = np.linspace(v1[2], v0[2], k)
return x, y, z
def draw_kite(fn, v0, v1, dh=0.03, ex=(-20,20), fs=160):
"""绘制风筝
fn - 风筝图片文件名（png格式，带透明通道）
dh - 风筝后仰高度，默认0.02
ex - 风筝左右摆动的角度范围
fs - 风筝随风摆动的帧数
"""
im_kite = np.array(Image.open(fn)) # 打开风筝图片
max_s = max(im_kite.shape) # 风筝的最长边
dx, dy = 0.1*im_kite.shape[0]/max_s, 0.1*im_kite.shape[1]/max_s # 计算风筝在空间中的实际尺寸
delta = np.hstack((np.linspace(-0.03, 0.03, fs), np.linspace(0.03, -0.03, fs))) # 风筝左右摆动过程中的高度波动
theta = np.hstack((np.linspace(ex[0], ex[1], fs), np.linspace(ex[1], ex[0], fs))) # 风筝左右摆动的角度
vs_kite = np.array([[dx,-dy,dh], [-dx,-dy,0], [-dx,dy,0], [dx,dy,dh]]) # 风筝四角的坐标，前端略高（后仰）
vs_kite[:,0] += v1[0]
vs_kite[:,1] += v1[1]
vs_kite[:,2] += v1[2]
offset = np.random.randint(0, 2*fs)
for i in range(2*fs):
k = (i+offset)%(2*fs)
rotator = Rotation.from_euler('xyz', [0, 0, theta[k]], degrees=True)
vs = rotator.apply(vs_kite)
vs[:2, 2] -= delta[k]
vs[2:, 2] += delta[k]
plt.surface(vs, texture=im_kite, alpha=True, slide=True, name='id_%d'%i)
xs, ys, zs = get_line(v0, ((vs[0][0]+vs[2][0])/2,(vs[0][1]+vs[2][1])/2,(vs[0][2]+vs[2][2])/2))
plt.plot(xs, ys, zs, color='#C0C0C0', width=0.3, slide=True, name='id_%d'%i)
if __name__ == '__main__':
plt.figure(dist=0.8, view=[-1, 1, -1, 1, 0.8, 7], elevation=0, azimuth=0, interval=50)
draw_sky_box('res/sky.jpg')
draw_kite('res/butterfly.png', (0.5,0.2,-1), (-0.5,-0.3,0.2))
draw_kite('res/fish.png', (0.3,0,-1), (-0.2,-0.1,0.05), ex=(-40,40))
draw_kite('res/eagle.png', (0.2,0.05,-1), (-0.6,0.5,0.35))
plt.show()
以上就是python 模拟在天空中放风筝的示例代码的详细内容，更多关于python 模拟放风筝的资料请关注社区其它相关文章！ |
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