俗语有言, 代码如诗; 我也有言, 代码如画! 今天就和大家一起探讨下如何用 python 点烟花, 让我们在工作之余可以随时用程序为自己放一场烟花秀. 做一个这样有趣的小项目并不复杂, 只需一点可视化技巧, 100 余行 Python 代码和程序库 Tkinter, 最后我们就能达到下面这个效果:
整体概念梳理
我们的整个理念比较简单.
如上图示, 我们这里通过让画面上一个粒子分裂为 X 数量的粒子来模拟爆炸效果. 粒子会发生 "膨胀", 意思是它们会以恒速移动且相互之间的角度相等. 这样就能让我们以一个向外膨胀的圆圈形式模拟出烟花绽放的画面. 经过一定时间后, 粒子会进入 "自由落体" 阶段, 也就是由于重力因素它们开始坠落到地面, 仿若绽放后熄灭的烟花.
基础知识: 用 Python 和 Tkinter 设计烟花
这里不再一股脑把数学知识全丢出来, 我们边写代码边说理论. 首先, 确保你安装和导入了 Tkinter, 它是 Python 的标准 GUI 库, 广泛应用于各种各样的项目和程序开发, 在 Python 中使用 Tkinter 可以快速的创建 GUI 应用程序.
- import tkinter as tk
- from PIL import Image, ImageTk
- from time import time, sleep
- from random import choice, uniform, randint
- from math import sin, cos, radians
除了 Tkinter 之外, 为了能让界面有漂亮的背景, 我们也导入 PIL 用于图像处理, 以及导入其它一些包, 比如 time,random 和 math. 它们能让我们更容易的控制烟花粒子的运动轨迹.
Tkinter 应用的基本设置如下:
root = tk.Tk()
为了能初始化 Tkinter, 我们必须创建一个 Tk()根部件(root widget), 它是一个窗口, 带有标题栏和由窗口管理器提供的其它装饰物. 该根部件必须在我们创建其它小部件之前就创建完毕, 而且只能有一个根部件.
w = tk.Label(root, text="Hello Tkinter!")
这一行代码包含了 Label 部件. 该 Label 调用中的第一个参数就是父窗口的名字, 即我们这里用的 "根". 关键字参数 "text" 指明显示的文字内容. 你也可以调用其它小部件: Button,Canvas 等等.
- w.pack()
- root.mainloop()
接下来的这两行代码很重要. 这里的打包方法是告诉 Tkinter 调整窗口大小以适应所用的小部件. 窗口直到我们进入 Tkinter 事件循环, 被 root.mainloop()调用时才会出现. 在我们关闭窗口前, 脚本会一直在停留在事件循环.
将烟花绽放转译成代码
现在我们设计一个对象, 表示烟花事件中的每个粒子. 每个粒子都会有一些重要的属性, 支配了它的外观和移动状况: 大小, 颜色, 位置, 速度等等.
- '''
- particles 类
- 粒子在空中随机生成随机, 变成一个圈, 下坠, 消失
- 属性:
- - id: 粒子的 id
- - x, y: 粒子的坐标
- - vx, vy: 在坐标的变化速度
- - total: 总数
- - age: 粒子存在的时长
- - color: 颜色
- - cv: 画布
- - lifespan: 最高存在时长
- '''class part:def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx = 0., vy = 0., size=2., color ='red', lifespan = 2, **kwargs):
- self.id = idx
- self.x = x
- self.y = y
- self.initial_speed = explosion_speed
- self.vx = vx
- self.vy = vy
- self.total = total
- self.age = 0self.color = color
- self.cv = cv
- self.cid = self.cv.create_oval(
- x - size, y - size, x + size,
- y + size, fill=self.color)
- self.lifespan = lifespan
如果我们回过头想想最开始的想法, 就会意识到必须确保每个烟花绽放的所有粒子必须经过 3 个不同的阶段, 即 "膨胀"" 坠落 "和" 消失 ". 所以我们向粒子类中再添加一些运动函数, 如下所示:
- def update(self, dt):
- # 粒子膨胀 if self.alive() and self.expand():
- move_x = cos(radians(self.id*360/self.total))*self.initial_speed
- move_y = sin(radians(self.id*360/self.total))*self.initial_speed
- self.vx = move_x/(float(dt)*1000)
- self.vy = move_y/(float(dt)*1000)
- self.cv.move(self.cid, move_x, move_y)
- # 以自由落体坠落
- elif self.alive():
- move_x = cos(radians(self.id*360/self.total))
- # we technically don't need to update x, y because move will do the jobself.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy+GRAVITY*dt)self.vy += GRAVITY*dt
- # 如果粒子的生命周期已过, 就将其移除
- elif self.cid is not None:
- cv.delete(self.cid)
- self.cid = None
当然, 这也意味着我们必须定义每个粒子绽放多久, 坠落多久. 这部分需要我们多尝试一些参数, 才能达到最佳视觉效果.
- # 定义膨胀效果的时间帧
- def expand (self):
- return self.age <= 1.2
- # 检查粒子是否仍在生命周期内
- def alive(self):
- return self.age <= self.lifespan
使用 Tkinter 模拟
现在我们将粒子的移动概念化, 不过很明显, 一个烟花不能只有一个粒子, 一场烟花秀也不能只有一个烟花. 我们下一步就是让 Python 和 Tkinter 以我们可控的方式向天上连续 "发射" 粒子.
到了这里, 我们需要从操作一个粒子升级为在屏幕上展现多个烟花及每个烟花中的多个粒子.
我们的解决思路如下: 创建一列列表, 每个子列表是一个烟花, 其包含一列粒子. 每个列表中的例子有相同的 x,y 坐标, 大小, 颜色, 初始速度.
- numb_explode = randint(6,10)
- # 为所有模拟烟花绽放的全部粒子创建一列列表
- for point in range(numb_explode):
- objects = []
- x_cordi = randint(50,550)
- y_cordi = randint(50, 150)
- size = uniform (0.5,3)
- color = choice(colors)
- explosion_speed = uniform(0.2, 1)
- total_particles = randint(10,50)
- for i in range(1,total_particles):
- r = part(cv, idx = i, total = total_particles, explosion_speed = explosion_speed, x = x_cordi, y = y_cordi,
- color=color, size = size, lifespan = uniform(0.6,1.75))
- objects.append(r)
- explode_points.append(objects)
我们下一步就是确保定期更新粒子的属性. 这里我们设置让粒子每 0.01 秒更新它们的状态, 在 1.8 秒之后停止更新(这意味着每个粒子的存在时间为 1.6 秒, 其中 1.2 秒为 "绽放" 状态, 0.4 秒为 "坠落" 状态, 0.2 秒处于 Tkinter 将其完全移除前的边缘状态).
- total_time = .0
- # 在 1.8 秒时间帧内保持更新
- while total_time < 1.8:
- sleep(0.01)
- tnew = time()
- t, dt = tnew, tnew - t
- for point in explode_points:
- for part in point:
- part.update(dt)
- cv.update()
- total_time += dt
现在, 我们只需将最后两个 Gist 合并为一个能被 Tkinter 调用的函数, 就叫它 simulate()吧. 该函数会展示所有的数据项, 并根据我们设置的时间更新每个数据项的属性. 在我们的主代码中, 我们会用一个 alarm 处理模块 after()调用此函数, after()会等待一定的时间, 然后再调用函数.
我们这里设置让 Tkinter 等待 100 个单位 (1 秒钟) 再调取 simulate.
- if __name__ == '__main__':
- root = tk.Tk()
- cv = tk.Canvas(root, height=600, width=600)
- # 绘制一个黑色背景
- cv.create_rectangle(0, 0, 600, 600, fill="black")
- cv.pack()
- root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", close)
- # 在 1 秒后才开始调用 stimulate()
- root.after(100, simulate, cv)
- root.mainloop()
好了, 这样我们就用 Python 代码放了一场烟花秀:
本文只一个简单版本, 等进一步熟悉 Tkinter 后, 还可以添加更多颜色更漂亮的背景照片, 让代码为你绽放更美的烟花!
以下是全部代码:
- import tkinter as tk
- from PIL import Image, ImageTk
- from time import time, sleep
- from random import choice, uniform, randint
- from math import sin, cos, radians
- # 模拟重力
- GRAVITY = 0.05
- # 颜色选项(随机或者按顺序)
- colors = ['red', 'blue', 'yellow', 'white', 'green', 'orange', 'purple', 'seagreen', 'indigo', 'cornflowerblue']
- '''
- particles 类
- 粒子在空中随机生成随机, 变成一个圈, 下坠, 消失
- 属性:
- - id: 粒子的 id
- - x, y: 粒子的坐标
- - vx, vy: 在坐标的变化速度
- - total: 总数
- - age: 粒子存在的时长
- - color: 颜色
- - cv: 画布
- - lifespan: 最高存在时长
- '''class Particle:def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx=0., vy=0., size=2., color='red', lifespan=2,
- **kwargs):
- self.id = idx
- self.x = x
- self.y = y
- self.initial_speed = explosion_speed
- self.vx = vx
- self.vy = vy
- self.total = total
- self.age = 0self.color = color
- self.cv = cv
- self.cid = self.cv.create_oval(
- x - size, y - size, x + size,
- y + size, fill=self.color)
- self.lifespan = lifespan
- def update(self, dt):
- self.age += dt
- # 粒子范围扩大 if self.alive() and self.expand():
- move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed
- move_y = sin(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed
- self.cv.move(self.cid, move_x, move_y)
- self.vx = move_x / (float(dt) * 1000)
- # 以自由落体坠落 elif self.alive():
- move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total))
- # we technically don't need to update x, y because move will do the jobself.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy + GRAVITY * dt)
- self.vy += GRAVITY * dt
- # 移除超过最高时长的粒子 elif self.cid is not None:
- cv.delete(self.cid)
- self.cid = None
- # 扩大的时间 def expand(self):return self.age <= 1.2
- # 粒子是否在最高存在时长内 def alive(self):return self.age <= self.lifespan
- '''
- 循环调用保持不停
- '''
- def simulate(cv):
- t = time()
- explode_points = []
- wait_time = randint(10, 100)
- numb_explode = randint(6, 10)
- # 创建一个所有粒子同时扩大的二维列表 for point in range(numb_explode):
- objects = []
- x_cordi = randint(50, 550)
- y_cordi = randint(50, 150)
- speed = uniform(0.5, 1.5)
- size = uniform(0.5, 3)
- color = choice(colors)
- explosion_speed = uniform(0.2, 1)
- total_particles = randint(10, 50)
- for i in range(1, total_particles):
- r = Particle(cv, idx=i, total=total_particles, explosion_speed=explosion_speed, x=x_cordi, y=y_cordi,
- vx=speed, vy=speed, color=color, size=size, lifespan=uniform(0.6, 1.75))
- objects.append(r)
- explode_points.append(objects)
- total_time = .0# 1.8s 内一直扩大 while total_time < 1.8:
- sleep(0.01)
- tnew = time()
- t, dt = tnew, tnew - t
- for point in explode_points:for item in point:
- item.update(dt)
- cv.update()
- total_time += dt
- # 循环调用
- root.after(wait_time, simulate, cv)
- def close(*ignore):"""退出程序, 关闭窗口"""global root
- root.quit()
- if __name__ == '__main__':
- root = tk.Tk()
- cv = tk.Canvas(root, height=400, width=600)
- # 选一个好看的背景会让效果更惊艳!
- image = Image.open("./image.jpg")
- photo = ImageTk.PhotoImage(image)
- cv.create_image(0, 0, image=photo, anchor='nw')
- cv.pack()
- root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", close)
- root.after(100, simulate, cv)
- root.mainloop()
来源: https://yq.aliyun.com/articles/673566