manim边学边做--直线类
cnblogs 2024-08-23 08:09:12 阅读 67
直线是最常用的二维结构，也是构造其他二维图形的基础。
<code>manim中针对线性结构提供了很多模块，本篇主要介绍常用的几个直线类的模块。
Line：通用直线DashedLine：各种类型的虚线TangentLine：根据已有的几何体，绘制它的切线LabeledLine：带有标签的直线
其中，DashedLine，TangentLine和LabeledLine都继承自Line。
直线系列的模块也位于<code>manim中的Mobject之下。
1. 主要参数
模块Line的常用参数有：
| 参数名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| start | Point3D | 直线的起点 |
| end | Point3D | 直线的终点 |
| path_arc | float | 直线的弯曲程度 |
Line模块常用的就是start和end参数，path_arc参数是调节直线弯曲度的，用的不多。
模块DashedLine除了包含Line的参数之外，还有两个特有的参数：
| 参数名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| dash_length | float | 每小段虚线的长度 |
| dashed_ratio | float | 虚线的疏密程度 |
模块TangentLine是专门用来绘制切线的，它的参数有：
| 参数名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| vmob | VMobject | 绘制切线的几何体，一般是圆形 |
| alpha | float | 切线围绕在几何体上的方向，范围从0~1 |
| d_alpha | float | 切线的偏移度，默认是很小的值 |
| length | float | 切线长度 |
这里的alpha参数范围从0~1，代表了围绕vmob一周。
模块LabeledLine可以在直线上加一个便签，这在制作动画时非常有用，可以给线段添加说明信息。
| 参数名称 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| label | str | 标签中文字，可支持数学公式 |
| label_position | float | 标签位置，默认在直线正中间 |
| font_size | float | 标签字体大小 |
| label_color | Color | 标签颜色 |
| label_frame | bool | 是否显示标签背景 |
| frame_fill_color | Color | 标签背景颜色 |
| frame_fill_opacity | float | 标签背景透明度 |
2. 主要方法
模块Line的常用方法有：
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| get_angle | 直线相对于水平方向的角度 |
| get_projection | 直线外一点在直线上的投影 |
| get_slot | 直线的斜率 |
| get_unit_vector | 直线对应的单位向量 |
| get_vector | 直线对应的向量 |
| put_start_and_end_on | 重新设置直线的起点和终点 |
| set_angle | 重新设置直线的角度 |
| set_length | 重新设置直线的长度 |
| set_path_arc | 重新设置直线的弯曲度 |
| set_points_by_ends | 重新设置直线的起点和终点，类似 put_start_and_end_on |
通过Line提供的get_*和set_*方法，可以灵活的获取直线的信息，进行计算之后，再改变直线的状态。
这在制作数学动画时非常有用。
模块DashedLine的常用方法有：
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| get_start | 虚线的起点 |
| get_end | 虚线的终点 |
| get_first_handle | 贝塞尔曲线的第一个控制点 |
| get_last_handle | 贝塞尔曲线的最后一个控制点 |
manim中，直线也可以有弯曲度，所以直线都是通过贝塞尔曲线的方式绘制的，
get_first_handle和get_last_handle是为了获取贝塞尔曲线的控制点。
模块TangentLine和LabeledLine没有自己特殊的方法，但是它们继承自Line的方法基本都可以使用。
3. 使用示例
下面通过示例来演示直线类模块的效果。
3.1. 直线样式
直线Line从形状上看比较简单，能够设置的属性也就是长度，弯曲度等等。
Line(LEFT * 2, RIGHT * 2)
Line(LEFT, RIGHT)
Line(
LEFT * 1.5,
ORIGIN,
path_arc=0.5,
)
Line(
ORIGIN,
RIGHT * 1.5,
path_arc=1.5,
)
3.2. 动态改变直线
通过直线的方法，可以动态的改变直线。
<code>l = Line(LEFT * 2, RIGHT * 2)
# 改变长度
l.set_length(2)
# 改变角度
l.set_angle(0.785)
# 改变弯曲度
l.set_path_arc(1)
3.3. 虚线样式
虚线<code>DashedLine除了上面直线Line的属性之外，还可以设置自己特有的虚线样式。
start = LEFT * 2
end = RIGHT * 2
DashedLine(start, end)
DashedLine(
start,
end,
dash_length=0.5,
)
DashedLine(
start,
end,
dash_length=1,
dashed_ratio=0.8,
)
DashedLine(
start,
end,
dashed_ratio=0.1,
)
3.4. 切线样式
切线<code>TangentLine本身就是一个普通的直线Line。
它的主要作用是制作动画时不用自己去手工计算，就能方便的绘制一个图形的切线。
c = Circle(radius=1).shift(DOWN)
TangentLine(c, alpha=0)
TangentLine(c, alpha=0.125)
TangentLine(c, alpha=0.375)
TangentLine(c, alpha=0.75)
3.5. 直线上的标签
<code>LabeledLine在需要给动画中的某些线加说明的时候非常有用。
start = LEFT * 2
end = RIGHT * 2
txt1 = Text("中文说明")
txt2 = Text("标签背景")
LabeledLine(
label="y=kx+b",code>
font_size=25,
start=start,
end=end,
)
LabeledLine(
label=txt1,
start=start,
end=end,
)
LabeledLine(
label="z=\sqrt{x^2+y^2}",code>
font_size=25,
start=start,
end=end,
label_color=RED,
label_frame=False,
)
LabeledLine(
label=txt2,
start=start,
end=end,
frame_fill_color=GREEN,
frame_fill_opacity=0.8,
)
4. 附件
文中完整的代码放在网盘中了（<code>line.py），
下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)
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