利用Python中的Manim进行数学绘画和创作
相信很多同学就算没听过3Blue1Brown，也一定曾看过他们出品的视频，其从独特的视觉角度解说各种数学概念，内容包括线性代数、微积分、神经网络、傅里叶变换以及四元数等晦涩难懂的知识点。例如最火的《线性代数本质》系列视频。
那么这些视频是如何制作的呢？
这里需要引入的是Python的Manim视频支持引擎——专门用于支持数学可视化的媒体引擎，通过Manim并结合Python编程就可以实现3Blue1Brown的视频效果。
什么是Python
在当今备受推崇的大数据技术和人工智能技术领域，Python一直是一门备受瞩目的编程语言。它长期占据着TIOBE公布的编程语言排行榜的榜首位置。业界也一直流传着一句话：“人生苦短，我用Python”。Python作为一门计算机编程语言具有独特的优势，可以总结为以下三个特点：简洁性、易读性和可扩展性。
简洁性：
Python是一门非常简洁的脚本语言。很多时候，只需一行代码就能实现复杂的功能。比如，下面这行代码就能打印出一个九九乘法表。这种简洁性使得你能够将注意力集中在解决问题上，而不必花费过多时间去理解语言本身。
易读性：
Python的语法风格清晰简约，易于阅读。有时候，它就像人类说话一样自然简单，没有过多的修饰。
可扩展性：
Python最初的设计就注重可扩展性，它并没有将所有的特性和功能集成到核心语言中。Python提供了丰富的API和工具，以及众多第三方库，让你可以灵活扩展其功能。你可以根据需要选择合适的库来解决问题，这使得Python非常适合各种不同的应用场景。
什么是manim
manim视频
manim是一个Python第三方库，全称是mathematical animation engine（数学动画引擎）。它是由斯坦福大学数学系学生Grant Sanderson在其YouTube频道3Blue1Brown上创建的。manim用于解说线性代数、微积分、神经网络、黎曼猜想、傅里叶变换以及四元数等数学概念。
manim因其精美的动画制作和独特的解释角度而广受关注，并吸引了越来越多的读者参与其中，共同贡献内容。manim经历了两个版本的迭代。第一代是ManimCairo，这是较早的版本，Grant Sanderson早期的项目都是在此版本中编译的。它使用cairo库作为渲染引擎。第二代是ManimGL，由Grant Sanderson等人开发的最新版本。该版本的最大改进是采用更强大的OpenGL库进行渲染。
此外，还有ManimCE（manim社区版），也使用OpenGL进行渲染。
manim使你能够以编程的方式创建精确的数学图形、动画和场景。与传统的几何画板等绘图软件不同，manim提供了一种全新的思路：“所思即可得”。它能够实现非常精准的绘制。在manim的世界中，你可以体验到一切皆可设置的感觉。颜色、粗细、长度、角度、时长、播放方式等均可通过设置来完成，这使你能够制作出具有个性化的数学动画。
| 版本 | 渲染引擎 | 库 |
|---|---|---|
| ManimCairo | Cairo | manimlib |
| ManimGL | OpenGL | manimgl |
| ManimCE | OpenGL | manim |
如何来运行Manim
-
安装 Manim：
首先，您需要安装 Python 和一些依赖项。然后，您可以通过以下命令使用 pip 安装 Manim：pip install manim -
创建动画：
创建一个 Python 脚本，并使用 Manim 中的类来定义您的动画场景和对象。 -
运行 Manim：
在命令行中，转到包含您的 Python 脚本的目录，并使用以下命令来运行 Manim：manim your_script.py YourSceneName -p -ql其中，
your_script.py是您的 Python 脚本的文件名，YourSceneName是您定义的场景名称。
这样，Manim 就会开始渲染动画。请注意，Manim 的运行可能需要一定的时间，具体取决于动画内容和计算机性能。
用 Manim 绘制图形
首先需要引入 Manim 库，然后将需要绘制的内容封装到一个类(class)里面。
from manim import *
对于编辑好的程序文件（例如christmas-intro.py文件），需要在同一个文件夹下运行命令来运行程序，命令格式如下：
manim -pql christmas-intro.py DemoSquare
上面的命令行中：
manim是运行程序的主要标志用语；p表示程序运行后会进行预览（图片或视频）；ql表示低质量（quality low）, 其他的选项有-ql,-qm,-qh,-qk, 分别表示 低质量、正常质量、高质量、4K质量；christmas-intro.py是py代码文件；DemoSquare是 py代码文件中的一个类；
命令行中，还有其他许多参数可以设置，可以通过社区版的支持文档来进一步了解。
几个常见方程的示例
from manim import *
class QuadraticSurface(ThreeDScene):
def construct(self):
resolution_fa = 24 #曲面样本数
axes = ThreeDAxes() #3维度笛卡尔直角坐标系
self.set_camera_orientation(phi = 75*DEGREES, theta = 45*DEGREES) #phi是竖直方向岔开的角度，theta是水平面岔开的角度
def paramsFunc(u, v): #参数方程
x = u
y = 1/2*u**2
z = v
return np.array([x, y, z])
quadratic_surface = Surface(
paramsFunc,
resolution = (resolution_fa, resolution_fa), #分辨率
u_range=[-2.5, +2.5], #参数u的范围
v_range=[-1, +1], #参数v的范围
fill_opacity = 0.5 #透明度
) #二次曲面
self.add(axes) #添加坐标轴
self.wait() #停留一秒
self.play(Write(quadratic_surface), run_time = 10) #绘制二次曲面
self.begin_3dillusion_camera_rotation(rate = 2) #摇晃rotation illusion
self.wait(PI) #摇晃时长
self.stop_3dillusion_camera_rotation() #停止摇晃
with tempconfig({'quality':'medium_quality', 'preview':True}):
scene = QuadraticSurface()
scene.render()
from manim import *
class QuadraticSurface(ThreeDScene):
def construct(self):
resolution_fa = 24 #曲面样本数
axes = ThreeDAxes() #3维度笛卡尔直角坐标系
self.set_camera_orientation(phi = 75*DEGREES, theta = 45*DEGREES) #phi是竖直方向岔开的角度，theta是水平面岔开的角度
def paramsFunc(u, v): #参数方程
x = np.sqrt(2)* np.cos(TAU*u)*v
y = np.sqrt(2)* np.sin(TAU*u)*v
z = v
return np.array([x, y, z])
quadratic_surface = Surface(
paramsFunc,
resolution = (resolution_fa, resolution_fa), #分辨率
u_range=[-2, +2], #参数u的范围
v_range=[-2, +2], #参数v的范围
fill_opacity = 0.5 #透明度
) #二次曲面
self.add(axes) #添加坐标轴
self.wait() #停留一秒
self.play(Write(quadratic_surface), run_time = 10) #绘制二次曲面
self.begin_3dillusion_camera_rotation(rate = 2) #摇晃rotation illusion
self.wait(PI) #摇晃时长
self.stop_3dillusion_camera_rotation() #停止摇晃
with tempconfig({'quality':'medium_quality', 'preview':True}):
scene = QuadraticSurface()
scene.render()
manin安装教程
https://docs.manim.community/en/stable/installation.html（社区版）
Manim教程合集
https://www.bilibili.com/video/BV1W4411Z7Zt/?vd_source=3ef6540f8473c7367625a53b7b77fd66
Manim官方文档
https://docs.manim.org.cn/cairo-backend/getting_started/index.html
from manim import *
class QuadraticSurface(ThreeDScene):
def construct(self):
resolution_fa = 24 #曲面样本数
axes = ThreeDAxes() #3维度笛卡尔直角坐标系
self.set_camera_orientation(phi = 75*DEGREES, theta = 45*DEGREES) #phi是竖直方向岔开的角度，theta是水平面岔开的角度
def paramsFunc(u, v): #参数方程
x = np.sinh(u)*np.cos(v)
y = np.sinh(u)*np.sin(v)
z = np.cosh(u)
return np.array([x, y, z])
quadratic_surface = Surface(
paramsFunc,
resolution = (resolution_fa, resolution_fa), #分辨率
u_range=[-1.5, +1.5], #参数u的范围
v_range=[-PI, +PI], #参数v的范围
fill_opacity = 0.5 #透明度
) #二次曲面
def paramsFunc1(u, v): #参数方程
x = np.sinh(u)*np.cos(v)
y = np.sinh(u)*np.sin(v)
z = np.cosh(u)
return np.array([x, y, -z])
quadratic_surface1 = Surface(
paramsFunc1,
resolution = (resolution_fa, resolution_fa), #分辨率
u_range=[-1.5, +1.5], #参数u的范围
v_range=[-PI, +PI], #参数v的范围
fill_opacity = 0.5 #透明度
) #二次曲面
self.add(axes) #添加坐标轴
self.wait() #停留一秒
self.play(Write(quadratic_surface), run_time = 10) #绘制二次曲面
self.play(Write(quadratic_surface1), run_time = 10) #绘制二次曲面
self.begin_3dillusion_camera_rotation(rate = 2) #摇晃rotation illusion
self.wait(PI) #摇晃时长
self.stop_3dillusion_camera_rotation() #停止摇晃
with tempconfig({'quality':'medium_quality', 'preview':True}):
scene = QuadraticSurface()
scene.render()
版本说明
对于 Manim 的初学者，使用 Manim 时，对于其版本的选择还是有些需要注意的地方。
不同版本的代码、教程等，还是有稍许差异的。
目前 Manim 主要有三个版本：
3b1b 旧版：3blue1brown 自己维护的版本，使用 Cairo 作为后端；
3b1b 新版：3blue1brown 自己维护的版本，使用 OpenGL 和 moderngl 来进行 GPU 渲染，优点是速度快；
Manim 社区版：社区版是2020年下半年才出来的版本，目前主要是 Manim 旧版的衍生，更新更活跃，有很好的文档和社区支持。当然，随着社区版的迭代更新，目前 3b1b 新版 的某些特性也在逐步容纳进来。
关于这几个版本如何选择的建议：
如果你是新接触这个工具的，建议可以从社区版开始，主要是社区版的文档教程比较齐全，其迭代的频率更快。
如果你是 Python 或者其他编程领域的资深人士，想体自己动手深入理解并优化这个工具，可以使用 3b1b 新版
Manim 的安装
在 Manim 3b1b 版本 和 社区版均提供了如何安装的文档：
3b1b 新版的安装文档：https://github.com/3b1b/manim
社区版的安装文档：https://docs.manim.community/en/stable/installation.html
安装ffmpeg
FFmpeg是一个开源的跨平台音视频处理工具，可以用来录制、转换和流式传输音视频内容。它包括一组库和程序，可以处理多种不同格式的音频、视频和图片文件。FFmpeg支持几乎所有主流的音视频格式，因此被广泛应用于多媒体处理领域。
FFmpeg提供了丰富的功能，包括但不限于：
- 音视频编解码：可以对音频和视频进行编码（压缩）和解码（解压），支持众多编解码器。
- 格式转换：可以将音视频文件从一个格式转换为另一个格式，例如从MP4转换为AVI。
- 剪辑和编辑：可以对音视频文件进行剪辑、合并、分离等操作。
- 流媒体处理：支持流式传输音视频内容，适用于网络直播、视频会议等场景。
- 屏幕录制：可以用来录制屏幕内容并保存为视频文件。
由于其强大的功能和灵活性，FFmpeg被广泛用于视频处理、视频转码、音频处理等各种多媒体应用中。同时，FFmpeg也是许多视频播放器、编辑软件以及流媒体平台的重要组件之一。
安装FFmpeg可以通过命令行或者图形界面进行操作，以下是在Windows和MacOS上安装FFmpeg的基本步骤：
在Windows上安装FFmpeg
-
下载FFmpeg：
- 访问FFmpeg官方网站或Windows Builds by BtbN下载最新版本的静态链接的可执行文件。
-
解压文件：
- 将下载的压缩包解压到你想要安装的位置。
-
设置环境变量（可选）：
- 将FFmpeg的bin目录添加到系统的PATH环境变量中，这样就可以在命令行中直接访问FFmpeg。
-
测试安装：
- 打开命令提示符（Win + R，输入cmd，回车），输入以下命令来检查FFmpeg是否成功安装：
ffmpeg -version
- 打开命令提示符（Win + R，输入cmd，回车），输入以下命令来检查FFmpeg是否成功安装：
在MacOS上安装FFmpeg
-
使用Homebrew安装（推荐）：
- 打开终端，运行以下命令安装Homebrew：
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)" - 然后运行以下命令来安装FFmpeg：
brew install ffmpeg
- 打开终端，运行以下命令安装Homebrew：
-
测试安装：
- 在终端中输入以下命令来检查FFmpeg是否成功安装：
ffmpeg -version
- 在终端中输入以下命令来检查FFmpeg是否成功安装：
在Linux上安装FFmpeg
-
使用包管理器安装：
- 对于大多数Linux发行版，可以使用其包管理器来安装FFmpeg。例如，在Ubuntu上可以使用以下命令：
sudo apt-get update sudo apt-get install ffmpeg
- 对于大多数Linux发行版，可以使用其包管理器来安装FFmpeg。例如，在Ubuntu上可以使用以下命令：
-
测试安装：
- 在终端中输入以下命令来检查FFmpeg是否成功安装：
ffmpeg -version
- 在终端中输入以下命令来检查FFmpeg是否成功安装：
验证安装
无论在哪个操作系统上安装，验证安装步骤都是一样的。只需要在命令行或终端中输入以下命令：
ffmpeg -version
如果安装成功，会显示FFmpeg的版本信息。这样就可以确认FFmpeg已经成功安装并且可以在系统中正常运行了。
安装Latex
LaTeX是一种专业的排版系统，常用于撰写学术论文、书籍、报告和演示文稿。与常见的文字处理软件（如Microsoft Word）不同，LaTeX使用的是一种“标记语言”，用户需要通过输入特定的命令和标记来控制文档的格式、结构和样式。
LaTeX最初是由著名计算机科学家Leslie Lamport开发的，它建立在TeX排版系统之上，并提供了一系列功能强大的工具和环境，使用户能够轻松地创建高质量的文档。
使用LaTeX编写文档的优势包括：
- 专业的排版效果：LaTeX能够生成高质量、专业水准的文档排版，特别适合于学术论文、书籍等内容丰富的文档。
- 具有强大的数学公式排版能力：LaTeX在排版数学公式和符号方面非常出色，被广泛应用于数学、物理等领域的文档撰写。
- 跨平台性：LaTeX在不同操作系统上都可以运行，并且生成的文档格式稳定、可靠。
虽然学习曲线较陡，但一旦熟悉了LaTeX的基本语法和命令，就能够享受到其带来的排版便利和效果。
安装LaTeX可以通过以下步骤进行操作：
在Windows上安装LaTeX
-
下载安装包：
- 访问TeX Users Group或MiKTeX网站，下载LaTeX发行版的安装程序。
-
运行安装程序：
- 双击下载的安装程序，按照提示进行安装。
-
配置编辑器（可选）：
- 如果你希望使用图形化的编辑器来编写LaTeX文档，可以安装一些流行的LaTeX编辑器，如TeXstudio、TeXworks等，这些编辑器通常会自动检测已安装的LaTeX发行版。
-
测试安装：
- 打开命令提示符或者你喜欢的LaTeX编辑器，新建一个简单的.tex文件，输入以下内容并保存：
\documentclass{article} \begin{document} Hello, LaTeX! \end{document} - 编译这个文件，如果能够生成对应的.pdf文件并且内容显示正常，那么LaTeX安装成功了。
- 打开命令提示符或者你喜欢的LaTeX编辑器，新建一个简单的.tex文件，输入以下内容并保存：
在MacOS上安装LaTeX
-
使用MacTeX安装：
- 下载并安装MacTeX，这是专为MacOS准备的LaTeX发行版。你可以在MacTeX官方网站下载最新版本的安装程序。
-
配置编辑器（可选）：
- 安装一些流行的LaTeX编辑器，如TeXShop、TeXstudio等，这些编辑器通常会自动检测已安装的LaTeX发行版。
-
测试安装：
- 使用编辑器创建一个简单的.tex文件，输入上述示例中的内容，并进行编译。
在Linux上安装LaTeX
-
使用包管理器安装：
- 对于大多数Linux发行版，可以使用其包管理器来安装LaTeX。例如，在Ubuntu上可以使用以下命令：
sudo apt-get update sudo apt-get install texlive-full
- 对于大多数Linux发行版，可以使用其包管理器来安装LaTeX。例如，在Ubuntu上可以使用以下命令：
-
测试安装：
- 使用编辑器创建一个简单的.tex文件，输入上述示例中的内容，并进行编译。
安装dvisvgm
安装 dvisvgm 可以通过以下步骤进行：
Windows 用户
- 使用 Chocolatey 进行安装：
打开命令提示符（CMD）或 PowerShell，并执行以下命令：choco install dvisvgm
macOS 用户
- 使用 Homebrew 进行安装：
打开终端，并执行以下命令：brew install dvisvgm
Linux 用户
-
对于基于 Debian 的系统（如 Ubuntu）：
打开终端，并执行以下命令：sudo apt-get install dvisvgm -
对于基于 Red Hat 的系统（如 Fedora）：
打开终端，并执行以下命令：sudo dnf install dvisvgm
一旦安装完成，您可以在命令行中运行 dvisvgm --version 来验证 dvisvgm 是否成功安装。
利用Manim绘制苹果logo
from manimlib.imports import *
from my_projects.my_utils.boolean_operation import VGroup_
get_angle = lambda c: np.angle(-c) + PI if not c/abs(c) == 1 else 0
convert_angle = lambda a: a if a>=0 else a + TAU
class Apple_logo(VGroup):
CONFIG = {
'scale': 0.25,
'logo_color': RED_D,
'logo_stroke': 8,
'coord_center': DOWN * 1.25,
'assistent_lines_config': {
'stroke_width': 2,
'stroke_color': GREY,
},
'key_lines_config': {
'stroke_width': 2.5,
'stroke_color': GREY_E,
},
'step_size': 0.02,
'create_shape': True,
}
def __init__(self, **kwargs):
VGroup.__init__(self, **kwargs)
self.set_key_lines()
self.set_outline()
if self.create_shape:
self.set_logo_shape()
def set_key_lines(self):
s = self.scale
center = self.coord_center
self.c1 = Circle(arc_center=center+ORIGIN, radius=1/2*s, **self.key_lines_config)
self.c5_r = Circle(arc_center=center+3*s*RIGHT, radius=5/2*s, **self.key_lines_config)
self.c5_l = Circle(arc_center=center+3*s*LEFT, radius=5/2*s, **self.key_lines_config)
# self.c5_l = self.c5_r.copy().flip()
self.c8_d = Circle(arc_center=center + s * 5.77 * DOWN, radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.c13 = Circle(arc_center=center + s * 4.73 * UP, radius=13/2*s, **self.key_lines_config)
self.c8_r = Circle(arc_center=center + s * ( 3.48 * RIGHT + 7.69 * UP),
radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.c8_l = Circle(arc_center=center + s * (-3.48 * RIGHT + 7.69 * UP),
radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.c3_r = Circle(arc_center=center + s * ( 5.9 * RIGHT + 2.75 * UP),
radius=3/2*s, **self.key_lines_config)
self.c3_l = Circle(arc_center=center + s * (-5.9 * RIGHT + 2.75 * UP),
radius=3/2*s, **self.key_lines_config)
self.c24_r = Circle(arc_center=center + s * ( 3.89 * RIGHT + 6.54 * UP),
radius=24/2*s, **self.key_lines_config)
self.c24_l = Circle(arc_center=center + s * (-3.89 * RIGHT + 6.54 * UP),
radius=24/2*s, **self.key_lines_config)
self.c12_r = Circle(arc_center=center + s * ( 2.11 * RIGHT + 6.23 * UP),
radius=12/2*s, **self.key_lines_config)
self.c12_l = Circle(arc_center=center + s * (-2.11 * RIGHT + 6.23 * UP),
radius=12/2*s, **self.key_lines_config)
self.c8_u = Circle(arc_center=center + s * 14.89 * UP, radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.c8_01 = Circle(arc_center=center + s * (8.82 * RIGHT + 6.23 * UP),
radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.c8_02 = Circle(arc_center=center + s * (3.61 * RIGHT + 12.23 * UP),
radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.c8_03 = Circle(arc_center=center + s * (-0.46 * RIGHT + 15.69 * UP),
radius=8/2*s, **self.key_lines_config)
self.key_lines = VGroup(self.c1, self.c5_r, self.c5_l,
self.c8_d, self.c13,
self.c8_r, self.c8_l,
self.c3_r, self.c3_l,
self.c24_r, self.c24_l,
self.c12_r, self.c12_l,
self.c8_u,
self.c8_01,
self.c8_02, self.c8_03,
)
self.key_lines_center = VGroup(* [Dot(c.get_center(), stroke_color=self.key_lines_config['stroke_color'],
radius=self.key_lines_config['stroke_width']/100) for c in self.key_lines])
return self
def set_outline(self):
s = self.scale
center = self.coord_center
# kp_list = [[7.41, 2.49, 0], [4.81, -1.72, 0], [1.85, -2.22, 0], [-1.85, -2.22, 0], [-4.81, 1.72, 0], [-8.1, 5.91, 0],
# [-6.22, 10.6, 0], [-1.74, 11.29, 0], [1.74, 11.29, 0], [6.22, 10.6, 0], [6.95, 9.77, 0], [-0.37, 11.87, 0], [3.42, 16.22, 0]]
kp_list = [[6.95, 9.77, 0], [6.22, 10.6, 0], [1.74, 11.29, 0], [-1.74, 11.29, 0], [-6.22, 10.6, 0], [-8.1, 5.91, 0],
[-4.81, -1.72, 0], [-1.85, -2.22, 0], [1.85, -2.22, 0], [4.81, -1.72, 0], [7.41, 2.49, 0], [-0.35, 11.69, 0], [3.5, 16.23, 0]]
self.key_angles = np.array([10.62, 69, -51.5, 69, 49.77, 40.52, 73.94, -54.97, 73.94, 23.77, -131.51, 96.09, -96.09]) * DEGREES
self.key_radius = np.array([12/2, 8/2, 8/2, 8/2, 12/2, 24/2, 5/2, 8/2, 5/2, 24/2, 8/2]) * s
self.key_points = np.array(kp_list) * s + center
n = len(kp_list)
self.outline_by_arcs = VGroup_(step_size=self.step_size)
for i in range(n-2):
p1, p2 = self.key_points[i], self.key_points[(i+1) % (n-2)]
arc_i = ArcBetweenPoints(p1, p2, angle=self.key_angles[i], radius=self.key_radius[i], stroke_color=self.logo_color, stroke_width=self.logo_stroke)
self.outline_by_arcs.add(arc_i)
arc_1 = ArcBetweenPoints(self.key_points[-2], self.key_points[-1], angle=self.key_angles[-2], radius=self.key_radius[-2], stroke_color=self.logo_color, stroke_width=self.logo_stroke)
arc_2 = ArcBetweenPoints(self.key_points[-2], self.key_points[-1], angle=self.key_angles[-1], radius=self.key_radius[-1], stroke_color=self.logo_color, stroke_width=self.logo_stroke)
self.outline_by_arcs.add(arc_1, arc_2)
return self
def set_logo_shape(self):
s = self.scale
center = self.coord_center
self.outline_by_arcs.get_all_outline_points()
self.shape_1 = self.outline_by_arcs.get_shape(center=center + s * (-3.89 * RIGHT + 6.54 * UP), fill_color=self.logo_color, fill_opacity=1, stroke_color=self.logo_color, stroke_width=self.logo_stroke)
self.shape_2 = self.outline_by_arcs.get_shape(center=center + s * (1.52 * RIGHT + 14.05 * UP), fill_color=self.logo_color, fill_opacity=1, stroke_color=self.logo_color, stroke_width=self.logo_stroke)
# shape_1.set_fill(self.logo_color, 1).set_stroke(self.logo_color, self.logo_stroke, 1)
# shape_2.set_fill(self.logo_color, 1).set_stroke(self.logo_color, self.logo_stroke, 1)
self.add(self.shape_1, self.shape_2)
return self
# from my_projects.others.BooleanOperationsOnPolygons import PolygonIntersection, PolygonUnion, PolygonSubtraction
#
# class PolygonBooleanTest(Scene):
# def construct(self):
# pol1 = RegularPolygon(9).scale(2).shift(LEFT)
# pol2 = RegularPolygon(9).scale(2).shift(RIGHT)
# start = time.perf_counter()
# boolpol = PolygonSubtraction(
# PolygonUnion(pol1, pol2), PolygonIntersection(pol1, pol2)
# ).set_stroke(color=YELLOW, width=0).set_fill(color=YELLOW, opacity=0.5)
# end = time.perf_counter()
# print(end - start)
# self.add(pol1, pol2, boolpol)
#
# '''
# pol1 = RegularPolygon(16).scale(2)
# pol2 = Circle().stretch(1.2, 1).stretch(0.8, 0)
# pol3 = RegularPolygon(5).scale(2).shift(LEFT*0.9)
# pol4 = RegularPolygon(3).stretch(3, 1).shift(LEFT)
# pol5 = Ellipse().scale(0.6).shift(LEFT).stretch(2, 0)
# #start = time.perf_counter()
# boolpol = PolygonSubtraction(
# PolygonUnion(
# PolygonIntersection(
# PolygonSubtraction(
# pol1, pol2), pol3), pol4), pol5) \
# .set_stroke(color=YELLOW, width=0).set_fill(color=YELLOW, opacity=0.5)
# #end = time.perf_counter()
# #print(end - start)#0.49910769999999993
# self.add(pol1, pol2, pol3, pol4, pol5, boolpol)
# '''
#
class Compass(VGroup):
CONFIG = {
'stroke_color': GREY_E,
'fill_color': WHITE,
'stroke_width': 2,
'leg_length': 3,
'leg_width': 0.12,
'r': 0.2,
'depth_test': True,
}
def __init__(self, span=2.5, **kwargs):
VGroup.__init__(self, **kwargs)
self.span = span
self.create_compass()
# def create_compass_old(self):
#
# s, l, r = self.span, self.leg_length, self.r
# theta = np.arcsin(s/2/l)
# arc = Arc(start_angle=-PI/2 + theta, angle=TAU-theta*2, radius=r, stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width*4)
# dot = Dot(color=self.stroke_color).set_height(self.stroke_width*8/100)
# leg_01 = Line(arc.get_center(), arc.get_center() + complex_to_R3(l * np.exp(1j * (-PI/2-theta))), stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width)
# leg_02 = Line(arc.get_center(), arc.get_center() + complex_to_R3(l * np.exp(1j * (-PI/2+theta))), stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width * 1)
# leg_11 = Line(arc.get_center(), arc.get_center() + complex_to_R3((l - r * 0.8) * np.exp(1j * (-PI/2-theta))), stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width * 4)
# leg_12 = Line(arc.get_center(), arc.get_center() + complex_to_R3((l - r * 0.8) * np.exp(1j * (-PI/2+theta))), stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width * 4)
# pen_point = Dot(color=self.stroke_color).set_height(self.stroke_width * 1/125).move_to(leg_02.get_end())
# leg_1, leg_2 = VGroup(leg_01, leg_11), VGroup(leg_02, leg_12, pen_point)
# head = Line(UP * r, UP * (r + r * 1), stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width * 4)
#
# self.add(arc, dot, head, leg_1, leg_2)
# self.move_to(ORIGIN)
#
# return self
def create_compass(self):
s, l, r, w = self.span, self.leg_length, self.r, self.leg_width
self.theta = np.arcsin(s/2/l)
self.c = Circle(radius=r, fill_color=self.fill_color, fill_opacity=1, stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width*5)
c2 = Circle(radius=r+self.stroke_width*5/100/2, fill_opacity=0, stroke_color=self.fill_color, stroke_width=self.stroke_width)
self.leg_1 = Polygon(ORIGIN, l * RIGHT, (l-w*np.sqrt(3)) * RIGHT + w * DOWN, w * DOWN,
stroke_width=0, stroke_color=self.fill_color, fill_color=self.stroke_color,
fill_opacity=1).rotate(-PI/2-self.theta, about_point=self.c.get_center())
self.leg_2 = Polygon(ORIGIN, l * RIGHT, (l-w*np.sqrt(3)) * RIGHT + w * UP, w * UP,
stroke_width=0, stroke_color=self.fill_color, fill_color=self.stroke_color,
fill_opacity=1).rotate(-PI/2+self.theta, about_point=self.c.get_center())
# self.leg_1, self.leg_2 = VGroup(leg_01, leg_11), VGroup(leg_02, leg_12, pen_point)
h = Line(UP * r, UP * (r + r * 1.8), stroke_color=self.stroke_color, stroke_width=self.stroke_width*6)
self.head = VGroup(h, self.c, c2)
self.add(self.leg_1, self.leg_2, self.head)
self.move_to(ORIGIN)
return self
def get_niddle_tip(self):
return self.leg_1.get_vertices()[1]
def get_pen_tip(self):
return self.leg_2.get_vertices()[1]
def move_niddle_tip_to(self, pos):
self.shift(pos-self.get_niddle_tip())
return self
def rotate_about_niddle_tip(self, angle=PI/2):
self.rotate(angle=angle, about_point=self.get_niddle_tip())
def get_span(self):
# return self.span 如果进行了缩放而self.span没变会有问题
return get_norm(self.get_pen_tip() - self.get_niddle_tip())
def set_span(self, s):
self.span = s
l, r, w = self.leg_length, self.r, self.leg_width
theta_new, theta_old = np.arcsin(s/2/l), self.theta
sign = np.sign(get_angle(R3_to_complex(self.leg_2.get_vertices()[1] - self.leg_2.get_vertices()[0])) - get_angle(R3_to_complex(self.leg_1.get_vertices()[1] - self.leg_1.get_vertices()[0])))
rotate_angle = 2 * (theta_new - theta_old) * sign
self.leg_2.rotate(rotate_angle, about_point=self.c.get_center())
self.theta=theta_new
self.head.rotate(rotate_angle/2, about_point=self.c.get_center())
self.rotate_about_niddle_tip(-rotate_angle/2)
return self
def set_compass(self, center, pen_tip):
self.move_niddle_tip_to(center)
self.set_span(get_norm(pen_tip - center))
self.rotate_about_niddle_tip(np.angle(R3_to_complex(pen_tip - center)) - np.angle(R3_to_complex(self.get_pen_tip() - center)))
return self
def set_compass_to_draw_arc(self, arc):
return self.set_compass(arc.arc_center, arc.get_start())
def reverse_tip(self):
return self.flip(axis=self.head[0].get_end() - self.head[0].get_start(), about_point=self.c.get_center())
class DrawingScene(Scene):
CONFIG = {
'compass_config':{
'stroke_color': GREY_E,
'fill_color': WHITE,
'stroke_width': 2,
'leg_length': 3,
'leg_width': 0.12,
'r': 0.2,
'depth_test': True,
},
'ruler_config':{
'width': 10,
'height': 0.8,
'stroke_width': 8,
'stroke_color': GREY_E,
'stroke_opacity': 0.4,
'fill_color': WHITE,
'fill_opacity': 0.5,
},
'dot_config':{
'radius': 0.06,
'color': GREY_E,
},
'line_config':{
'stroke_color': GREY_E,
'stroke_width': 2.5,
},
'brace_config':{
'fill_color': GREY_E,
'buff':0.025,
},
'text_config':{
'size': 0.6 * 5, # 5 times than the actual size and the sacle down
'font': 'Cambria Math',
'color': GREY_E,
},
'add_ruler': False,
}
def setup(self):
self.cp = Compass(**self.compass_config)
self.ruler = VGroup(Rectangle(**self.ruler_config).set_height(self.ruler_config['height'] - self.ruler_config['stroke_width']/2/100, stretch=True)\
.round_corners(self.ruler_config['height']/8),
Rectangle(**self.ruler_config).set_opacity(0))
self.dot = Dot(**self.dot_config)
self.cp.move_to(UP * 10)
if self.add_ruler:
self.ruler.move_to(DOWN * 10)
self.add(self.ruler)
self.add(self.cp)
self.temp_points = []
def construct(self):
self.add(self.cp)
self.play(self.cp.move_niddle_tip_to, ORIGIN, run_time=1)
self.wait(0.3)
self.set_span(3.6, run_time=1, rate_func=smooth)
self.wait(0.5)
self.set_compass(DL * 0.5, UR * 0.5, run_time=1, rate_func=there_and_back)
arc = Arc(color=GREY_E)
self.set_compass_to_draw_arc(arc)
self.draw_arc_by_compass(arc)
self.wait()
def set_span(self, s, run_time=1, rate_func=smooth):
s_old = self.cp.get_span()
n = int(run_time * self.camera.frame_rate)
dt = 1/self.camera.frame_rate
t_series = np.linspace(1, n, n)/n
# s_series = s_old + rate_func(t_series) * (s - s_old)
s_series = [s_old + rate_func(t_series[i]) * (s - s_old) for i in range(n)]
for i in range(n):
self.cp.set_span(s_series[i])
self.wait(dt)
def set_compass_direction(self, start, end, run_time=1, rate_func=smooth):
vect = end - start
a = np.angle(R3_to_complex(vect))
c_old, p_old = self.cp.get_niddle_tip(), self.cp.get_pen_tip()
a_old = np.angle(R3_to_complex(p_old - c_old))
n = int(run_time * self.camera.frame_rate)
dt = 1/self.camera.frame_rate
t_series = np.linspace(1, n, n)/n
c_series = [c_old + rate_func(t_series[i]) * (start - c_old) for i in range(n)]
delta_a = (a - a_old)/n
for i in range(n):
self.bring_to_front(self.cp)
self.cp.move_niddle_tip_to(c_series[i])
self.cp.rotate_about_niddle_tip(delta_a)
self.wait(dt)
def set_compass(self, center, pen_tip, run_time=1, rate_func=smooth, emphasize_dot=False):
if emphasize_dot:
run_time -= 0.15
c_old, p_old = self.cp.get_niddle_tip(), self.cp.get_pen_tip()
n = int(run_time * self.camera.frame_rate)
dt = 1/self.camera.frame_rate
t_series = np.linspace(1, n, n)/n
# s_series = s_old + rate_func(t_series) * (s - s_old)
c_series = [c_old + rate_func(t_series[i]) * (center - c_old) for i in range(n)]
p_series = [p_old + rate_func(t_series[i]) * (pen_tip - p_old) for i in range(n)]
for i in range(n):
self.bring_to_front(self.cp)
self.cp.set_compass(c_series[i], p_series[i])
self.wait(dt)
if emphasize_dot:
self.emphasize_dot([center, pen_tip], run_time=0.15)
def set_compass_(self, center, pen_tip, adjust_angle=0, run_time=1, rate_func=smooth, emphasize_dot=False):
vect = center - pen_tip
a = np.angle(R3_to_complex(vect)) + adjust_angle
s = get_norm(vect)
c_old, p_old, s_old = self.cp.get_niddle_tip(), self.cp.get_pen_tip(), self.cp.get_span()
a_old = np.angle(R3_to_complex(p_old - c_old))
if emphasize_dot:
run_time -= 0.15
n = int(run_time * self.camera.frame_rate)
dt = 1/self.camera.frame_rate
t_series = np.linspace(1, n, n)/n
c_series = [c_old + rate_func(t_series[i]) * (center - c_old) for i in range(n)]
delta_a = (a - a_old)/n
s_series = [s_old + rate_func(t_series[i]) * (s - s_old) for i in range(n)]
for i in range(n):
self.bring_to_front(self.cp)
self.cp.move_niddle_tip_to(c_series[i])
self.cp.rotate_about_niddle_tip(delta_a)
self.cp.set_span(s_series[i])
self.wait(dt)
if emphasize_dot:
self.emphasize_dot([center, pen_tip], run_time=0.15)
def set_compass_to_draw_arc(self, arc, **kwargs):
self.set_compass(arc.arc_center, arc.get_start(), **kwargs)
def set_compass_to_draw_arc_(self, arc, **kwargs):
self.set_compass_(arc.arc_center, arc.get_start(), **kwargs)
def draw_arc_by_compass(self, arc, is_prepared=True, run_time=1, rate_func=smooth, reverse=False, add_center=False, **kwargs):
self.bring_to_front(self.cp)
if not is_prepared: self.set_compass_to_draw_arc(arc, run_time=0.5)
theta = arc.angle if not reverse else -1 * arc.angle
self.play(Rotating(self.cp, angle=theta, about_point=self.cp.get_niddle_tip()), ShowCreation(arc), rate_func=rate_func, run_time=run_time)
if add_center:
d = Dot(self.cp.get_niddle_tip(), **self.dot_config).scale(0.5)
self.temp_points.append(d)
self.add(d)
def emphasize_dot(self, pos, add_dot=False, size=1.2, run_time=0.2, **kwargs):
if type(pos) == list:
d = VGroup(*[Dot(pos[i], radius=size/2, color=GREY_C, fill_opacity=0.25).scale(0.25) for i in range(len(pos))])
else:
d = Dot(pos, radius=size/2, color=GREY_C, fill_opacity=0.25).scale(0.25)
self.add(d)
if type(pos) == list:
self.play(d[0].scale, 4, d[1].scale, 4, rate_func=linear, run_time=run_time)
else:
self.play(d.scale, 4, rate_func=linear, run_time=run_time)
self.remove(d)
if add_dot:
if type(pos) == list:
dot = VGroup(*[Dot(pos[i],**kwargs) for i in range(len(pos))])
else:
dot = Dot(pos, **kwargs)
self.add(dot)
return dot
def set_ruler(self, pos1, pos2, run_time=1, rate_func=smooth):
p1, p2 = self.ruler[-1].get_vertices()[1], self.ruler[-1].get_vertices()[0]
c12 = (p1 + p2) / 2
center = (pos1 + pos2)/2
self.bring_to_front(self.ruler)
self.play(self.ruler.shift, center - c12, run_time=run_time/2, rate_func=rate_func)
self.play(Rotating(self.ruler, angle=np.angle(R3_to_complex(pos2 - pos1)) - np.angle(R3_to_complex(p2 - p1)), about_point=center), run_time=run_time/2, rate_func=rate_func)
def draw_line(self, pos1, pos2, is_prepared=True, run_time=1.2, rate_func=smooth, pre_time=0.8):
if not is_prepared: self.set_ruler(pos1, pos2, run_time=pre_time)
self.dot.move_to(pos1)
self.emphasize_dot(pos1, run_time=0.15)
self.add(self.dot)
l = Line(pos1, pos2, **self.line_config)
self.play(ShowCreation(l), self.dot.move_to, pos2, run_time=run_time-0.3, rate_func=rate_func)
self.emphasize_dot(pos2, run_time=0.15)
self.remove(self.dot)
return l
def draw_line_(self, l, is_prepared=True, run_time=1.2, rate_func=smooth):
pos1, pos2 = l.get_start(), l.get_end()
if not is_prepared: self.set_ruler(pos1, pos2, run_time=0.5)
self.dot.move_to(pos1)
self.emphasize_dot(pos1, run_time=0.15)
self.add(self.dot)
# l = Line(pos1, pos2, **self.line_config)
self.play(ShowCreation(l), self.dot.move_to, pos2, run_time=run_time-0.3, rate_func=rate_func)
self.emphasize_dot(pos2, run_time=0.15)
self.remove(self.dot)
return l
def put_aside_ruler(self, direction=DOWN, run_time=0.5):
self.bring_to_front(self.ruler)
self.play(self.ruler.move_to, direction * 15, run_time=run_time)
def put_aside_compass(self, direction=DOWN, run_time=0.5):
self.bring_to_front(self.cp)
self.play(self.cp.move_to, direction * 15, run_time=run_time)
def get_length_label(self, p1, p2, text='', reverse_label=False, add_bg=False, bg_color=WHITE):
l = Line(p1, p2)
b = Brace(l, direction=complex_to_R3(np.exp(1j * (l.get_angle()+PI/2 * (1 -2 * float(reverse_label))))), **self.brace_config)
t = Text(text, **self.text_config).scale(0.2)
if add_bg:
bg = SurroundingRectangle(t, fill_color=bg_color, fill_opacity=0.6, stroke_opacity=0).set_height(t.get_height() + 0.05, stretch=True).set_width(t.get_width() + 0.05, stretch=True)
b.put_at_tip(bg, buff=0.0)
b.put_at_tip(t, buff=0.05)
return b, bg, t
else:
b.put_at_tip(t, buff=0.05)
return b, t
def set_compass_and_show_span(self, p1, p2, run_time=1, show_span_time=[0.4, 0.3, 0.9, 0.4], text='', reverse_label=False, add_bg=True, **kwargs):
self.set_compass(p1, p2, run_time=run_time, **kwargs)
bt = self.get_length_label(p1, p2, text=text, reverse_label=reverse_label, add_bg=add_bg)
b, t = bt[0], bt[-1]
st = show_span_time
self.play(ShowCreation(b), run_time=st[0])
if add_bg:
self.add(bt[1])
self.play(FadeIn(t), run_time=st[1])
else:
self.play(FadeIn(t), run_time=st[1])
self.wait(st[2])
self.play(FadeOut(VGroup(*bt)), run_time=st[3])
return bt
def set_compass_and_show_span_(self, p1, p2, run_time=1, show_span_time=[0.4, 0.3, 0.9, 0.4], text='', reverse_label=False, add_bg=True, **kwargs):
self.set_compass_(p1, p2, run_time=run_time, **kwargs)
bt = self.get_length_label(p1, p2, text=text, reverse_label=reverse_label)
b, t = bt[0], bt[-1]
st = show_span_time
self.play(ShowCreation(b), run_time=st[0])
if add_bg:
self.add(bt[1])
self.play(FadeIn(t), run_time=st[1])
else:
self.play(FadeIn(t), run_time=st[1])
self.wait(st[2])
self.play(FadeOut(VGroup(*bt)), run_time=st[3])
return bt
def highlight_on(self, *mobjects, to_front=True, stroke_config={'color': '#66CCFF', 'width': 4}, run_time=1, **kwargs):
self.highlight = VGroup(*mobjects)
self.play(self.highlight.set_stroke, stroke_config, run_time=run_time, **kwargs)
if to_front:
self.bring_to_front(self.highlight)
self.bring_to_front(self.cp, self.ruler)
def highlight_off(self, *mobjects):
pass
def show_arc_info(self, arc, time_list=[0.5, 0.2, 0.3]):
c, r, s, a, ps, pe = arc.arc_center, arc.radius, arc.start_angle, arc.angle, arc.get_start(), arc.get_end()
d_center = Dot(c, radius=0.08, color=PINK)
r1, r2 = DashedLine(c, ps, stroke_width=3.5, stroke_color=PINK), DashedLine(c, pe , stroke_width=3.5, stroke_color=PINK)
arc_new = Arc(arc_center=c, radius=r, start_angle=s, angle=a, stroke_width=8, stroke_color=RED)
self.play(ShowCreation(arc_new), run_time=time_list[0])
self.play(FadeIn(arc_new), run_time=time_list[1])
self.play(ShowCreation(r1), ShowCreation(r2), run_time=time_list[2])
class Test_01(Scene):
def construct(self):
logo = Apple_logo()
kl = logo.key_lines
ol = logo.outline_by_arcs
self.play(ShowCreation(kl), run_time=6)
self.wait(0.25)
# self.play(ShowCreation(ol), run_time=4)
# self.wait(0.8)
self.play(DrawBorderThenFill(logo.shape_1, stroke_width=logo.logo_stroke), run_time=3)
self.play(DrawBorderThenFill(logo.shape_2, stroke_width=logo.logo_stroke), run_time=1.6)
self.wait(0.2)
self.play(Uncreate(kl), run_time=1.5)
self.wait(2)
class Test_compass(Scene):
def construct(self):
coord = NumberPlane(axis_config={"stroke_color": GREY_D}, background_line_style={"stroke_color": BLUE_C},)
self.add(coord)
cp = Compass(stroke_color=PINK)
c = Circle(radius=cp.get_span())
self.add(cp)
self.wait()
self.play(cp.move_niddle_tip_to, ORIGIN, run_time=1)
self.wait()
self.bring_to_front(cp)
self.play(Rotating(cp, about_point=cp.get_niddle_tip()), ShowCreation(c), rate_func=smooth, run_time=1.5)
self.bring_to_front(cp)
c1 = Circle(stroke_color=GREY_E)
# self.play(cp.set_span, 1, run_time=1)
# cp.set_span(1)
# self.wait()
# self.play(Rotating(cp, about_point=cp.get_niddle_tip()), ShowCreation(c1), rate_func=smooth, run_time=1.5)
self.bring_to_front(cp)
# self.play(cp.set_compass, DL * 2, UR * 2, run_time=1.5)
cp.set_compass(DL * 2, UR * 2)
self.wait(2)
class Test_1(DrawingScene):
def construct(self):
s = 0.5
# axis = Axes(x_range=[-30, 30, 1], y_range=[-20, 20, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s)
# logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=ORIGIN, scale=s*2)
# self.add(axis, logo.c1)
c = Circle(color=BLACK)
c1 = Circle(color=BLACK)
c2 = Circle(color=BLACK)
self.add(c, c1, c2)
self.wait()
self.play(ApplyMethod(c.shift, RIGHT * 4, run_time=1),
ApplyMethod(c1.shift, RIGHT * 4, run_time=2),
ApplyMethod(c2.shift, RIGHT * 4, run_time=4)
)
class Step_0(DrawingScene):
'''
画出基本的直角坐标系作为辅助
'''
def construct(self):
s = 0.5
# coord = NumberPlane(x_range=[-15, 15, 1], y_range=[-15, 15, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D}, background_line_style={"stroke_color": BLUE_C},).scale(s)
# logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=ORIGIN, scale=s)
self.cp.move_to(UP * 10)
# self.add(coord)
self.wait()
self.play(FadeIn(self.ruler))
l1 = self.draw_line(LEFT * 4.5, RIGHT * 4.5, is_prepared=False)
self.put_aside_ruler()
self.wait()
arc_1 = Arc(arc_center=LEFT * 2, radius=3, start_angle=-PI/3, angle=2*PI/3, **self.line_config)
arc_2 = Arc(arc_center=RIGHT * 2, radius=3, start_angle=2 * PI/3, angle=2*PI/3, **self.line_config)
self.play(self.cp.move_to, ORIGIN)
self.wait(0.2)
self.set_compass_to_draw_arc(arc_1, emphasize_dot=True)
self.draw_arc_by_compass(arc_1)
self.wait(0.1)
self.set_compass_to_draw_arc_(arc_2, adjust_angle=PI, emphasize_dot=True)
self.draw_arc_by_compass(arc_2)
self.wait(0.2)
self.put_aside_compass()
self.set_ruler(UP, DOWN)
l2 = self.draw_line(UP * 3, DOWN * 3)
self.put_aside_ruler(direction=LEFT)
self.wait(0.6)
self.play(FadeOut(arc_1), FadeOut(arc_2), l1.scale, 2, l2.scale, 2, run_time=1.2)
self.wait(0.8)
c1 = Circle(radius=1*s, **self.line_config)
# c2_l = Circle(arc_center=6*s*LEFT, radius=5*s, **self.line_config)
# c2_r = Arc(arc_center=6*s*RIGHT, radius=5*s, start_angle=PI, angle=-TAU, **self.line_config)
self.set_compass_to_draw_arc(c1, run_time=1.2)
self.wait(0.12)
self.draw_arc_by_compass(c1)
self.wait(0.2)
arcs = VGroup(*[Arc(arc_center=i*s*RIGHT, radius=1*s, start_angle=-PI/6, angle=PI/3, **self.line_config) for i in range(1, 7)])
for i in range(6):
self.set_compass_to_draw_arc(arcs[i], run_time=0.32, emphasize_dot=False)
self.draw_arc_by_compass(arcs[i], run_time=0.5)
self.wait(0.6)
axis = Axes(x_range=[-15, 15, 1], y_range=[-10, 10, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5}, ).scale(s)
dot = Dot(color=GREY_E, radius=0.06)
self.play(FadeIn(axis), FadeIn(dot), FadeOut(l1), FadeOut(l2), FadeOut(self.cp), FadeOut(arcs))
self.wait(2)
class Step_1(DrawingScene):
'''
画出...
'''
def construct(self):
s = 0.5
axis = Axes(x_range=[-30, 30, 1], y_range=[-20, 20, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s)
logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=ORIGIN, scale=s*2)
dot_config = {'color': GREY_E, 'radius': 0.06}
d1 = Dot(**dot_config)
self.add(axis, logo.c1, d1)
self.wait()
d5_l, d5_r = Dot(logo.c5_l.get_center(), **dot_config), Dot(logo.c5_r.get_center(), **dot_config)
# self.set_compass_to_draw_arc(logo.c5_l, emphasize_dot=True)
self.set_compass_and_show_span(logo.c5_l.get_center(), logo.c5_l.get_start(), reverse_label=True, text='r=5')
self.wait(0.1)
self.draw_arc_by_compass(logo.c5_l)
self.cp.reverse_tip()
logo.c5_r.flip()
self.wait(0.15)
self.add(d5_l)
self.set_compass_to_draw_arc(logo.c5_r, emphasize_dot=True)
# self.set_compass_to_draw_arc_(logo.c5_r, emphasize_dot=True)
self.draw_arc_by_compass(logo.c5_r, reverse=True)
self.wait(0.1)
self.add(d5_r)
self.put_aside_compass(direction=UP)
self.wait(0.4)
self.play(VGroup(*self.mobjects).scale, 0.6, {'about_point': ORIGIN}, run_time=1.2)
self.play(VGroup(*self.mobjects).shift, UP * 2, run_time=1.2)
# s_vg = VGroup(axis, logo.c5_l, logo.c5_r, logo.c1)
# s_vg2 = logo.key_lines.remove(logo.c5_l, logo.c5_r, logo.c1)
# self.play(s_vg.scale, 0.5, {'about_point': ORIGIN}, run_time=1.2)
# s_vg2.scale(0.5, about_point=ORIGIN)
# self.wait(0.4)
# self.set_compass_(logo.c8_d.get_center(), logo.c8_d.get_start(), emphasize_dot=True)
# # self.set_compass_to_draw_arc(logo.c8_d, emphasize_dot=True)
# self.draw_arc_by_compass(logo.c8_d)
self.wait(2)
class Step_11(DrawingScene):
CONFIG = {
'compass_config':{
'stroke_color': GREY_E,
'fill_color': WHITE,
'stroke_width': 2,
'leg_length': 4,
'leg_width': 0.12,
'r': 0.2,
'depth_test': True,
},
'add_ruler': True,
}
def construct(self):
s = 0.5 * 0.6
axis = Axes(x_range=[-30, 30, 1], y_range=[-25, 25, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s).shift(UP * 2)
logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=UP * 2, scale=s*2)
dot_config = {'color': GREY_E, 'radius': 0.03}
d1 = Dot(logo.c1.get_center(), **dot_config)
d5_l, d5_r = Dot(logo.c5_l.get_center(), **dot_config), Dot(logo.c5_r.get_center(), **dot_config)
self.add(axis, logo.c1, logo.c5_l, logo.c5_r, d1, d5_l, d5_r)
self.wait()
self.cp.move_to(DOWN * 10)
self.cp.rotate_about_niddle_tip(PI)
arc_13_l = Arc(arc_center=logo.c5_l.get_center(), radius=13 * s, start_angle=3*PI/2, angle=PI/4, **self.line_config)
arc_13_r = Arc(arc_center=logo.c5_r.get_center(), radius=13 * s, start_angle=3*PI/2-PI/4, angle=PI/4 + PI/2, **self.line_config)
self.highlight_on(logo.c5_l, logo.c5_r)
self.wait(0.15)
self.set_compass_and_show_span(logo.c5_l.get_center(), logo.c5_l.get_center() + (5 + 8) * s * LEFT, reverse_label=True, text='r=5+8=13', run_time=1.4)
self.wait(0.4)
self.set_compass_to_draw_arc_(arc_13_l, adjust_angle=PI, rate_func=linear, run_time=0.6)
self.draw_arc_by_compass(arc_13_l, rate_func=linear, run_time=0.3)
self.wait(0.12)
self.set_compass_(logo.c5_r.get_center(), logo.c5_r.get_center() + (5 + 8) * s * LEFT, adjust_angle=PI, emphasize_dot=True, run_time=1.4)
self.wait(0.2)
self.set_compass_to_draw_arc_(arc_13_r, adjust_angle=-PI, rate_func=linear, run_time=0.6)
self.draw_arc_by_compass(arc_13_r, rate_func=linear, run_time=0.9)
self.wait(0.6)
self.set_compass_and_show_span(axis.c2p(11, 0), axis.c2p(19, 0), reverse_label=True, text='r=8', run_time=1.2)
self.wait(0.15)
self.set_compass_to_draw_arc_(logo.c8_d.scale(0.995), adjust_angle=-PI, run_time=1.)
self.draw_arc_by_compass(logo.c8_d, run_time=1.2)
d8_d = Dot(logo.c8_d.get_center(), **dot_config)
self.add(d8_d)
self.wait(0.2)
self.put_aside_compass(UP * 0.5, run_time=1.)
self.play(FadeOut(arc_13_l), FadeOut(arc_13_r))
self.remove(self.cp)
self.wait(0.4)
self.play(logo.c5_r.set_stroke, {'color': GREY_E, 'width': 2.5}, logo.c5_l.set_stroke, {'color': GREY_E, 'width': 2.5}, run_time=0.6)
self.wait(0.2)
self.play(VGroup(*self.mobjects).shift, DOWN * 4, run_time=1.25)
self.wait(2)
class Step_12(DrawingScene):
def construct(self):
s = 0.5 * 0.6
axis = Axes(x_range=[-30, 30, 1], y_range=[-30, 30, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s).shift(DOWN * 2)
logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=DOWN * 2, scale=s*2)
dot_config = {'color': GREY_E, 'radius': 0.03}
d1 = Dot(logo.c1.get_center(), **dot_config)
d5_l, d5_r = Dot(logo.c5_l.get_center(), **dot_config), Dot(logo.c5_r.get_center(), **dot_config)
self.add(axis, logo.c1, logo.c5_l, logo.c5_r, logo.c8_d.scale(0.995), d1, d5_l, d5_r)
self.set_compass_and_show_span(axis.c2p(0, 13), axis.c2p(0,0), emphasize_dot=True, reverse_label=True, text='r=13', run_time=2)
self.wait(0.6)
logo.c13.rotate(-PI/2)
self.set_compass_to_draw_arc(logo.c13, emphasize_dot=True)
self.wait(0.2)
d13 = Dot(logo.c13.get_center(), **dot_config)
a_13 = Arc(arc_center=logo.c8_d.get_center() + UP * 8 * s, start_angle=PI/2 + PI/20, radius=13 * s, angle=-PI/10, **self.line_config)
self.cp.reverse_tip()
self.set_compass_to_draw_arc(a_13, run_time=0.25)
self.draw_arc_by_compass(a_13, run_time=0.5)
self.add(d13)
self.wait(0.25)
self.put_aside_compass(RIGHT * 0.8, run_time=1.2)
self.wait(0.6)
self.play(VGroup(*self.mobjects).scale, 0.8, {'about_point': axis.c2p(0,0)}, run_time=1.2)
self.wait(2)
class Step_2(DrawingScene):
"""
画出辅助正方形
"""
CONFIG = {
'compass_config':{
'stroke_color': GREY_E,
'fill_color': WHITE,
'stroke_width': 2,
'leg_length': 4,
'leg_width': 0.12,
'r': 0.2,
'depth_test': True,
},
}
def construct(self):
s = 0.5 * 0.6 * 0.8
axis = Axes(x_range=[-40, 40, 1], y_range=[-36, 36, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s).shift(DOWN * 2)
logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=DOWN * 2, scale=s*2)
dot_config = {'color': GREY_E, 'radius': 0.03}
d1 = Dot(logo.c1.get_center(), **dot_config)
d5_l, d5_r = Dot(logo.c5_l.get_center(), **dot_config), Dot(logo.c5_r.get_center(), **dot_config)
a_13 = Arc(arc_center=logo.c8_d.get_center() + UP * 8 * s, start_angle=PI/2 + PI/30, radius=13 * s, angle=-PI/15, **self.line_config)
d13 = Dot(logo.c13.get_center(), **dot_config)
self.add(axis, logo.c1, logo.c5_l, logo.c5_r, logo.c8_d.scale(0.995), a_13, d1, d5_l, d5_r, d13)
self.wait()
self.play(FadeIn(self.ruler))
self.wait(0.2)
dl, dr = logo.c5_l.get_center() * 8/13 + logo.c8_d.get_center() * 5/13, logo.c5_r.get_center() * 8/13 + logo.c8_d.get_center() * 5/13
self.set_ruler(dl, dr)
self.emphasize_dot([dl, dr], run_time=0.2)
# l = Line(dl + LEFT * 4.5, dr + RIGHT *4.5, **self.line_config)
self.wait(0.5)
l = self.draw_line(dl + LEFT * 3.6, dr + RIGHT * 3.6, run_time=1.25)
self.put_aside_ruler(DOWN * 0.4)
self.wait(0.1)
dm = (dl+dr)/2
self.set_compass(d13.get_center(), dm, emphasize_dot=True, run_time=1.5)
self.wait(0.2)
a_13_r = Arc(arc_center=dm, radius=self.cp.get_span(), start_angle=10 * DEGREES, angle=-20 * DEGREES, **self.line_config)
a_13_l = Arc(arc_center=dm, radius=self.cp.get_span(), start_angle=190 * DEGREES, angle=-20 * DEGREES, **self.line_config)
# a_13_u = Arc(arc_center=d13.get_center(), radius=self.cp.get_span(), start_angle=100 * DEGREES, angle=20 * DEGREES, **self.line_config)
l_square = get_norm(d13.get_center()-dm)
circle = Circle(arc_center=d13.get_center(), radius=l_square * np.sqrt(2), **self.line_config).rotate(-PI/4)
self.cp.reverse_tip()
self.set_compass_to_draw_arc_(a_13_l, adjust_angle=PI, run_time=0.64)
self.draw_arc_by_compass(a_13_l, run_time=0.12, rate_func=linear)
self.set_compass_to_draw_arc_(a_13_r, adjust_angle=PI, run_time=0.96, rate_func=linear)
self.draw_arc_by_compass(a_13_r, run_time=0.12, rate_func=linear)
self.wait(0.25)
self.cp.reverse_tip()
self.set_compass_to_draw_arc(circle, run_time=1.2, emphasize_dot=True)
self.wait(0.15)
self.draw_arc_by_compass(circle, run_time=1.6)
self.wait(0.5)
self.set_compass(dm + l_square * LEFT, dm + l_square * RIGHT, emphasize_dot=True)
self.wait(0.2)
self.cp.reverse_tip()
arc_r = Arc(arc_center=dm + l_square * RIGHT, radius=l_square * 2, start_angle=100 * DEGREES, angle=-20 * DEGREES, **self.line_config)
arc_l = Arc(arc_center=dm + l_square * LEFT, radius=l_square * 2, start_angle=80 * DEGREES, angle=20 * DEGREES, **self.line_config)
# self.set_compass_to_draw_arc_(arc_r, adjust_angle=PI, run_time=0.6, rate_func=linear)
self.play(Rotating(self.cp, angle=-80 * DEGREES, about_point=self.cp.get_niddle_tip(), rate_func=linear), run_time=0.6)
self.draw_arc_by_compass(arc_r, run_time=0.15, rate_func=linear)
self.wait(0.2)
# self.set_compass_(dm + l_square * RIGHT, dm + l_square * LEFT, emphasize_dot=True)
self.play(Rotating(self.cp, angle=100 * DEGREES, about_point=self.cp.get_niddle_tip()), run_time=0.8)
self.emphasize_dot([self.cp.get_niddle_tip(), self.cp.get_pen_tip()], run_time=0.15)
self.wait(0.2)
self.cp.reverse_tip()
self.set_compass_to_draw_arc_(arc_l, adjust_angle=PI, run_time=0.6, rate_func=linear)
self.draw_arc_by_compass(arc_l, run_time=0.15, rate_func=linear)
self.wait(0.2)
self.put_aside_compass(LEFT)
self.wait(0.6)
dots = [dm + l_square * RIGHT, dm + l_square * (RIGHT + 2 * UP), dm + l_square * (LEFT + 2 * UP), dm + l_square * LEFT]
# self.set_ruler(dots[0], dots[1])
l_r = self.draw_line(dots[0], dots[1], is_prepared=False, pre_time=0.75)
self.wait(0.2)
l_u = self.draw_line(dots[1], dots[2], is_prepared=False, pre_time=0.75)
self.wait(0.2)
l_l = self.draw_line(dots[3], dots[2], is_prepared=False, pre_time=0.75)
l_d = Line(dots[3], dots[0],**self.line_config)
self.wait(0.18)
self.put_aside_ruler(LEFT * 0.7)
self.wait(0.9)
self.play(Transform(l, l_d, run_time=0.9),
FadeOut(a_13_r, run_time=0.6),
# FadeOut(a_13, run_time=0.8),
FadeOut(a_13_l, run_time=0.8),
FadeOut(arc_r, run_time=1.),
FadeOut(arc_l, run_time=1.2),
FadeOut(circle, run_time=1.4)
)
self.wait(0.75)
self.play(VGroup(*self.mobjects).scale, 0.8, {'about_point': axis.c2p(0,0)})
self.wait(2)
class Step_3(DrawingScene):
CONFIG = {
'add_ruler': True,
}
def construct(self):
s = 0.5 * 0.6 * 0.8 * 0.8
axis = Axes(x_range=[-40, 40, 1], y_range=[-36, 36, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s).shift(DOWN * 2)
logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=DOWN * 2, scale=s*2)
dot_config = {'color': GREY_E, 'radius': 0.03}
d1 = Dot(logo.c1.get_center(), **dot_config)
d5_l, d5_r = Dot(logo.c5_l.get_center(), **dot_config), Dot(logo.c5_r.get_center(), **dot_config)
a_13 = Arc(arc_center=logo.c8_d.get_center() + UP * 8 * s, start_angle=PI/2 + PI/30, radius=13 * s, angle=-PI/15, **self.line_config)
d13 = Dot(logo.c13.get_center(), **dot_config)
dl, dr = logo.c5_l.get_center() * 8/13 + logo.c8_d.get_center() * 5/13, logo.c5_r.get_center() * 8/13 + logo.c8_d.get_center() * 5/13
dm = (dl+dr)/2
l_square = get_norm(d13.get_center()-dm)
dots = [dm + l_square * RIGHT, dm + l_square * (RIGHT + 2 * UP), dm + l_square * (LEFT + 2 * UP), dm + l_square * LEFT]
square = Polygon(*dots, **self.line_config)
before = VGroup(axis, logo.c1, logo.c5_l, logo.c5_r, logo.c8_d.scale(0.995), a_13, d1, d5_l, d5_r, d13, square)
self.add(before)
self.wait()
dots = square.get_vertices()
r1 = l_square * 0.7
### left part ###
a_1 = Arc(arc_center=dots[2], radius=r1, start_angle=PI/3, angle=-2 * PI/3, **self.line_config)
a_2 = Arc(arc_center=(dots[1] +dots[2])/2, radius=r1, start_angle=2 * PI/3, angle=2 * PI/3, **self.line_config)
self.cp.flip(axis=RIGHT)
self.set_compass_to_draw_arc(a_1)
self.draw_arc_by_compass(a_1)
self.wait(0.15)
self.cp.reverse_tip()
self.set_compass_to_draw_arc_(a_2, adjust_angle=PI)
self.draw_arc_by_compass(a_2)
self.put_aside_compass(RIGHT * 0.8, run_time=0.64)
pm = (dots[2] + (dots[1] +dots[2])/2)/2
pu, pd = pm + 10 * s * UP, pm + 10 * s * DOWN
l = self.draw_line(pu, pd, is_prepared=False, pre_time=0.72)
self.wait(0.18)
self.put_aside_ruler(LEFT * 0.65)
logo.c8_l.rotate(PI/2)
self.set_compass_and_show_span_(axis.c2p(0,0), axis.c2p(0,8), run_time=1.4, emphasize_dot=True, adjust_angle=PI, text='r=8', reverse_label=True, add_bg=True)
self.wait(0.5)
self.set_compass_to_draw_arc_(logo.c8_l, adjust_angle=PI, emphasize_dot=True)
self.wait(0.2)
self.draw_arc_by_compass(logo.c8_l, run_time=1.25, add_center=True)
self.wait(0.2)
self.put_aside_compass(LEFT * 0.64)
self.wait(0.6)
### right part ### 同理直接copy吧
a_3 = Arc(arc_center=(dots[1] + dots[2])/2, radius=r1, start_angle=PI/3, angle=-2 * PI/3, **self.line_config)
a_4 = Arc(arc_center=dots[1], radius=r1, start_angle=2 * PI/3, angle=2 * PI/3, **self.line_config)
d8_r = Dot(logo.c8_r.get_center(), **dot_config)
pm_r = (dots[1] + (dots[1] +dots[2])/2)/2
pu_r, pd_r = pm_r + 10 * s * UP, pm_r + 10 * s * DOWN
logo.c8_r.rotate(PI/2)
l02 = Line(pu_r, pd_r, **self.line_config)
right_part = VGroup(a_3, a_4, l02, logo.c8_r)
right_part_ = right_part.copy().set_stroke(opacity=0.32).shift(l_square * LEFT)
self.add(right_part_)
self.play(right_part_.shift, l_square * RIGHT)
self.wait(0.2)
self.play(ShowCreation(a_3), run_time=0.8)
self.play(ShowCreation(a_4), run_time=0.8)
self.play(ShowCreation(l02), run_time=0.8)
self.play(ShowCreation(logo.c8_r), FadeIn(d8_r))
self.remove(right_part_)
self.wait()
self.play(FadeOut(a_4, run_time=0.6), FadeOut(l02, run_time=0.7), FadeOut(a_3, run_time=0.8),
FadeOut(a_2, run_time=0.9), FadeOut(l, run_time=1.), FadeOut(a_1, run_time=1.1),
)
self.wait(0.8)
self.play(VGroup(*self.mobjects).scale, 1.25, {'about_point': axis.c2p(0,0)})
self.wait(2)
class Step_4(DrawingScene):
CONFIG = {
'add_ruler': True,
}
def construct(self):
s = 0.5 * 0.6 * 0.8
axis = Axes(x_range=[-45, 45, 1], y_range=[-36, 36, 1], axis_config={"stroke_color": GREY_D, "stroke_width": 2.5, "stroke_opacity": 1},).scale(s).shift(DOWN * 2)
logo = Apple_logo(create_shape=False, coord_center=DOWN * 2, scale=s*2)
dot_config = {'color': GREY_E, 'radius': 0.03}
d1 = Dot(logo.c1.get_center(), **dot_config)
d5_l, d5_r = Dot(logo.c5_l.get_center(), **dot_config), Dot(logo.c5_r.get_center(), **dot_config)
参考文献
1.https://www.tiobe.com/tiobe-index
2.https://baike.baidu.com/item/Python/407313?fr=aladdin
3.https://docs.manim.community/en/stable/installation.html
4.https://docs.manim.org.cn/