全网最细海龟 (turtle) 画图讲解 (四)：绘制图形

最近博主在 CSDN 上看到许多关于海龟画图的案例，如画圣诞树、五角星等，但是都是直接给出了源码以及一些简单的注释，没有对其详细的说明，会让很多初学者迷糊很久，故这里博主详细地对 turtle 模块中的方法进行详解，让广大博友能够做到自由画图。

海龟绘图是 Python 内置的一个比较有趣的模块，模块名称为 turtle。它最初源于 20世纪60年代 的 Logo 语言，之后成为了 Python 的内置模块。海龟绘图提供了一些简单的绘图方法，可以根据编写的控制指令(代码)，让一个 “海龟” 在屏幕上来回移动，而且可以在它爬行的路径上绘制图形。通过海龟绘图，不仅可以在屏幕上绘制图形，还可以看到整个绘制过程。另外，海龟绘图对初学者十分友好，它能够轻松地编写出很多有趣的实例。

1. 绘制图形

在前面几篇文章中，我们一直绘制的都是直线，实际上，海龟绘图还可以绘制其他形状的图形，如圆形、多边形等，下面分别介绍。

1.1 绘制线条

在海龟绘图中，画笔处在落笔状态时，只要海龟移动时就会绘制出移动轨迹线条。通过改变移动的方向和位置可以绘制出各种线条。在绘制线条时，主要通过前面文章介绍的控制方向和位置的方法实现。下面通过一个实例来演示如何绘制复杂的线条。

通过逆时针旋转 90 度，向前移动，再顺时针旋转 90 度，并向前移动，可以实现一级台阶的绘制，重复多次这样的操作，就可以绘制出多级台阶的形状，代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:4.绘制线条.py
@time:2020/12/30
"""
import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.color("blue")  # 设置画笔颜色为蓝色
turtle.forward(40)  # 向前移动
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.forward(20)  # 向前移动
turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
turtle.forward(40)  # 向前移动
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句（开始主循环）

程序运行结果如下：

在绘制线条时，结合循环可以绘制出很多复杂、有趣的图案，例如下面的实例。

使用海龟绘图结合 for 循环可以实现回文图案。实现方法：在循环中，不断地增加移动的距离，并向一个方法旋转指定角度即可实现。具体代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:4.绘制线条.py
@time:2020/12/30
"""
import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.color("green")  # 画笔颜色为绿色
# 输出回文图案
for i in range(32):  # 循环32次
    turtle.forward(i * 2)  # 向前移动
    turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句（开始主循环）

1.2 绘制矩形

在海龟绘图中，没有提供绘制矩形的方法，不过可以使用 旋转+移动位置 来实现。下面看一个具体的实例。

绘制一个长 150像素、宽 200像素 的矩形，并且每条边的颜色不一样。代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:5.绘制矩形.py
@time:2020/12/30
"""
import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.shape("turtle")  # 改变海龟光标的形状为海龟
turtle.width(3)  # 画笔粗细
turtle.color("orange")  # 画笔颜色为橙色
turtle.forward(200)  # 画一条200像素的线
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.color("red")  # 画笔颜色为红色
turtle.forward(100)  # 画一条100像素的线
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.color("green")  # 画笔颜色为绿色
turtle.forward(200)  # 画一条200像素的线
turtle.left(90)  # 逆时针旋转90°
turtle.color("purple")  # 画笔颜色为紫色
turtle.forward(100)  # 画一条100像素的线
turtle.ht()  # 隐藏海龟光标
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句（开始主循环）

程序运行结果如下：

如果将上图所示的矩形重复旋转多次将得到一个圆形图案，修改后的代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:5.绘制矩形.py
@time:2020/12/30
"""
import turtle  # 导入海龟绘图模块


def draw_rect(num):
    for i in range(1, num + 1):
        turtle.left(5)
        turtle.width(3)  # 画笔粗细
        turtle.color("orange")  # 画笔颜色为橙色
        turtle.forward(200)  # 画一条200像素的线
        turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
        turtle.color("red")  # 画笔颜色为红色
        turtle.forward(100)  # 画一条100像素的线
        turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
        turtle.color("green")  # 画笔颜色为绿色
        turtle.forward(200)  # 画一条200像素的线
        turtle.right(90)  # 顺时针旋转90°
        turtle.color("purple")  # 画笔颜色为紫色
        turtle.forward(100)  # 画一条100像素的线


turtle.ht()  # 隐藏海龟光标可以提升速度
draw_rect(100)
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句（开始主循环）

运行程序，将看到不断地绘制彩色边框的矩形，最终停留在下图所示的图案上。

1.3 绘制圆或弧形

在海龟绘图中，使用circle() 方法可以绘制圆或者弧形。circle() 方法的语法如下：

def circle(self, radius, extent = None, steps = None)

参数说明：

1. radius：必选参数，用于指定半径，其参数值为数值。圆心在海龟光标左边一个半径值的位置。如果值为正数，则按照逆时针方向绘制圆弧，否则按照顺时针方向绘制。
2. extent：可选参数，用于指定夹角的大小，数值 (或None)，如果设置为 None 或者省略，则绘制整个圆。另外，如果指定的值不是完整圆周，将以当前画笔位置为一个端点绘制圆弧。
3. steps：可选参数，用于指定边数。对于圆实际上是以其内切正多边形来近似表示的，这里的 steps 就是指定的正多边形的边数。如果 extent 参数省略时，则该参数需要通过关键字参数的形式指定 (即需要使用 steps = 边数)。

例如，绘制一个红色的，半径为 80 的圆，代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:6.绘制圆或弧形.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.color("red")  # 设置画笔颜色
radius = 80  # 定义半径
turtle.circle(radius, None)  # 绘制圆
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句（开始主循环）

运行上面的代码，将绘制下图所示的圆：

再例如，绘制一个绿色，半径为 80 的半圆弧，代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:6.绘制圆或弧形.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.color("green")  # 设置画笔颜色
radius = 80  # 定义半径
turtle.circle(radius, 180)  # 绘制半圆弧
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句（开始主循环）

运行上面的代码，将绘制如图所示的半圆弧：

1.3.1 绘制五环图案

通过循环绘制 5 个半径为 100 的不同颜色的圆形，通过调整位置组成五环图案。代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:7.绘制五环图案.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.resizemode('auto')  # 改变模式为自动
radius = 100  # 圆的半径
turtle.width(10)  # 画笔粗细

color_list = ['royalblue', 'black', 'red', 'yellow', 'green']  # 颜色列表
turtle.penup()  # 抬笔
turtle.back(radius * 2)  # 移动一个圆的距离
turtle.pendown()  # 落笔
for i in range(5):  # 循环5次
    turtle.color(color_list[i])  # 设置画笔颜色
    turtle.circle(radius)  # 绘制圆
    if i != 2:  # 不是第3个圆时
        turtle.penup()  # 抬笔
        turtle.forward(radius * 2)  # 移动一个圆的距离
        turtle.pendown()  # 落笔
    else:
        turtle.penup()  # 抬笔
        turtle.goto(radius * -1, radius * -1)  # 移动到第二行的第一个圆的位置
        turtle.pendown()  # 落笔
turtle.ht()  # 隐藏画笔
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句(开始主循环)

运行程序，将在屏幕上绘制由 5 个圆组成的五环图案，效果如下图所示：

另外，在海龟绘图中，还提供了绘制圆点的dot() 方法。通过该方法可以在屏幕上绘制指定大小和颜色的实心圆点。dot() 方法的语法如下：

 def dot(self, size=None, *color)

参数说明：

1. size：用于指定圆点的直径，参数值为 >=1 的整型数，省略则取 pensize+4 和 2*pensize 中的较大值。
2. color：用于指定圆点的颜色，其参数值为颜色字符串或颜色数值元组。

例如，在屏幕上绘制一个蓝色的、直径为 50 的圆点，代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:8.绘制圆点.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.dot(50, "blue")
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句(开始主循环)

运行上面的代码，将在屏幕上绘制下图所示的圆点：

1.4 绘制多边形

在海龟绘图中，绘制多边形通常有两种方式。一种是通过circle() 方法实现，另一种是通过循环旋转、移动实现。下面分别进行介绍。
(1) 通过circle() 方法实现
将circle() 方法的参数 steps 设置为想要的多边形的边数，即可绘制指定边数的正多边形，例如，绘制一个正8边形的代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:9.绘制多边形.py
@time:2020/12/30
"""
import turtle

turtle.color("red")
turtle.circle(100, steps=8)  # 绘制正8边形
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句(开始主循环)

运行上面的代码，将绘制一个正八边形，如下图所示：

(2) 通过循环旋转、移动实现多边形

在之前绘制矩形时，我们通过移动指定距离(表示边长)并旋转(90度) 4次 绘制出了一个矩形。那么如果把矩形换成正方形，就可以通过循环4次的操作来实现。通过这种方式也可以实现绘制其他的正多边形。关键要素如下：

1. 循环次数=边数。
2. 旋转角度=180-内角的度数，内角的度数计算公式为：内角=(边数-2)*180/边数。即旋转角度=180-(边数-2)*180/边数)。
3. 移动的距离=边长。

例如，要绘制一个彩色边框的正8边形，代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:9.绘制多边形.py
@time:2020/12/30
"""
import turtle

color_list = ["pink", "purple", "skyblue", "cyan", "green", "lime", "orange", "red"]
turtle.width(2)  # 线粗2像素
side = 8  # 边数
for i in range(8):
    turtle.color(color_list[i])  # 设置边框的颜色
    turtle.forward(60)  # 边长
    turtle.left(180 - (side - 2) * 180 / side)  # 旋转角度

turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句(开始主循环)

运行上面的代码，将绘制一个彩色边框的正八边形，如下图所示：

1.5 绘制填充图形

在海龟绘图中，默认绘制的图形只显示轮廓，不会填充，这时可以使用 begin_fill( )和 end_fill()方法绘制填充图形。其中begin_fill() 方法放置在绘制要填充的形状之前调用，而end_fill() 方法设置在绘制完要填充的形状之后调用，并且要保证前面已经调用了 begin_fill() 方法。

例如，将上面通过 circle() 方法绘制的正八边形填上绿色，代码如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:10.绘制填充图形.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.color("green")  # 填充颜色
turtle.begin_fill()  # 标记填充开始
turtle.circle(100, steps=8)  # 绘制正8边形
turtle.end_fill()  # 标记填充结束
turtle.ht()  # 隐藏画笔
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句(开始主循环)

运行上面的代码，将显示下图所示的绿色实心正八边形。

如果在填充图形之前想要判断当前画笔是否为填充状态，可以使用 turtle.filling() 方法实现，如果返回值为 True，则表示为填充状态，否则为非填充状态。

1.6 将绘制的图形定义为画笔形状

海龟绘图提供了 register_shape()/addshape() 方法可以实现自定义画笔形状功能，这两个方法作用是一样的。register_shape()/addshape() 方法的语法如下：

def register_shape(self, name, shape=None):
def addshape(self, name, shape=None):

参数说明：

1. name：必选参数，用于指定形状的名称或者可作为形状的 GIF 文件名称，参数值为一个字符串。
2. shape：可选参数，用于指定能构成画笔形状的坐标值对的元组或者形状(Shape) 对象。

使用 register_shape()/addshape() 方法通常有以下 3 种形式。

(1) 指定参数值为一个 GIF 文件名称
通过该方法实现将指定的 GIF 文件作为画笔的形状，例如，下面的代码将实现定义画笔的形状为 mv.gif 的图片。

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:11.将绘制的图形定义为画笔形状.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle

turtle.addshape("mv.gif", shape=None)  # 定义形状
turtle.shape("mv.gif")  # 使用形状
turtle.done()

将 mv.gif 与当前的 Python 文件放置在同级目录下，运行上面的代码，效果如下图所示：

注意：由于当海龟转向时图像形状不会转动，因此无法显示海龟的朝向。在原地旋转时，将看不出图像形状的转动。

(2) 指定参数值为一个形状(Shape) 对象
在海龟绘图中，提供了 begin_poly()和 end_poly() 方法用于记录多边形。通过在绘制图形开始前和结束后添加这两个方法，可以实现记录图形的功能。所记录的图形可以通过 get_poly() 方法获取为形状，该获取到的形状即可以作为 register_shape()/addshape()方法的 shape 参数值，从而实现将绘制的图形作为画笔形状的功能。

将之前绘制的正八边形定义为画笔形状，如下：

# -*- coding: UTF-8 -*-
"""
@author:AmoXiang
@file:11.将绘制的图形定义为画笔形状.py
@time:2020/12/30
"""

import turtle  # 导入海龟绘图模块

turtle.color('green')  # 设置画笔颜色为绿色
turtle.begin_poly()  # 开始记录图形
turtle.circle(100, steps=8)  # 绘制正八边形
turtle.end_poly()  # 结束记录图形
p = turtle.get_poly()  # 获取Shape对象
turtle.addshape('mr', p)  # 定义为画笔形状
turtle.shape('mr')  # 设置使用新定义的画笔形状
for i in range(20):  # 循环20次
    turtle.left(90)  # 逆时针旋转90度
turtle.done()  # 海龟绘图程序的结束语句(开始主循环)

运行程序，在屏幕上先绘制一个绿色的正八边形，然后作为画笔形状的绿色实心正八边形逆时针旋转 5 圈后停止，如图所示：

从上图中可以看出，在自定画笔形状时，无论原始图形是否为填充图形，设置为画笔形状时，都会被填充为当前的画笔颜色。

(3) 指定参数值为构成画笔形状的坐标值对的元组。由于确定构成画笔形状的坐标值对的元组比较复杂，所以这里不做介绍。