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為2021年的第一場(chǎng)雪錦上添花:用matplotlib繪制雪花和雪景

更新時(shí)間：2021年01月05日 10:33:29 作者：天元浪子

這篇文章主要介紹了為2021年的第一場(chǎng)雪錦上添花:用matplotlib繪制雪花和雪景，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來(lái)一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

一場(chǎng)大雪，覆蓋了華北、華東。天地連成一片，城市銀裝素裹，處處詩(shī)情畫(huà)意、人人興高采烈。朋友圈被雪景圖和調(diào)侃路滑摔跤的段子刷屏，氣氛比過(guò)年還要熱烈?guī)追?。我也?lái)湊個(gè)熱鬧，用python為2020年的第一場(chǎng)雪錦上添花。

繪制雪花圖案，網(wǎng)上有很多文章介紹，但幾乎都是用 Python 的內(nèi)置模塊 turtle 繪制的，這個(gè)模塊適合用來(lái)引導(dǎo)孩子學(xué)習(xí)編程，很難真正用在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)上。也有用 pygame 實(shí)現(xiàn)的，不過(guò) pygame 追求的是動(dòng)畫(huà)效果，雪花圖案是隨機(jī)生成的圓，效果很一般。

用 matplotlib 繪制雪花，重點(diǎn)是生成科赫曲線（Koch Curve）?？坪涨€是一種分形，其形態(tài)似雪花，又稱(chēng)科赫雪花、雪花曲線。給定線段pq，k階科赫曲線可以由以下步驟生成：

找出三等分點(diǎn)u、v
以線段uv為底，向外（或內(nèi)外）畫(huà)等邊三角形uwv
將線段uv移除
對(duì)pq之間的每一段重復(fù)上述操作k-1次

科赫雪花是以等邊三角形三邊生成的科赫曲線組成的?；谏鲜龇治?，我們可以很容易地寫(xiě)出科赫雪花的生成函數(shù)：給定一個(gè)等邊三角形，和科赫曲線階數(shù)k，返回科赫雪花圖案中的所有點(diǎn)。

import numpy as np

plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['FangSong'] # 指定默認(rèn)字體
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False #解決中文顯示為方塊的問(wèn)題

def rotate(p, d):
  """返回點(diǎn)p繞原點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)d度的坐標(biāo)"""
  
  a = np.radians(d)
  m = np.array([[np.cos(a), np.sin(a)],[-np.sin(a), np.cos(a)]])
  return np.dot(p, m)

def koch_curve(p, q):
  """將線段pq生成科赫曲線，返回uvw三個(gè)點(diǎn)"""
  
  p, q = np.array(p), np.array(q)
  u = p + (q-p)/3 # 三等分點(diǎn)u的坐標(biāo)
  v = q - (q-p)/3 # 三等分點(diǎn)V的坐標(biāo)
  w = rotate(v-u, 60) + u # 線段uv繞u點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°得到點(diǎn)w的坐標(biāo)
  
  return u.tolist(), v.tolist(), w.tolist()
  
def snow(triangle, k):
  """給定三角形，生成封閉的科赫雪花"""
  
  for i in range(k):
    result = list()
    t_len = len(triangle)
    for j in range(t_len):
      p = triangle[j]
      q = triangle[(j+1)%t_len]
      u, v, w = koch_curve(p, q)
      result.extend([p, u, w, v])
    triangle = result.copy()
  
  triangle.append(triangle[0])
  return triangle

有了雪花圖案的數(shù)據(jù)，接下來(lái)使用 matplotlib 繪圖就非常輕松了：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def plot_snow(snow_list):
  """繪制雪花"""
  
  for triangle, k in snow_list:
    data = np.array(snow(triangle, k))
    x, y = np.split(data, 2, axis=1)
    plt.plot(x, y)
  
  plt.axis('equal') 
  plt.show()

snow_list = [
  ([(0,0), (0.5,0.8660254), (1,0)], 5),
  ([(1.1,0.4), (1.35,0.8330127), (1.6,0.4)], 4),
  ([(1.1,-0.1), (1.25,0.15980761), (1.4,-0.1)], 3)
]
plot_snow(snow_list)

來(lái)看看我們的雪花效果。從小到大，3片雪花分別對(duì)應(yīng)的是3階、4階、5階的科赫雪花。

在這里插入圖片描述

更進(jìn)一步，我們還可以把雪花畫(huà)在背景圖上，配合大小濃淡的變化，畫(huà)出另一種韻味的雪景圖。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image

def draw_scenery():
  """繪制雪景圖"""
  
  im = Image.open('brage.png')
  bg = np.array(im)
  plt.imshow(bg) # 繪制背景圖
  
  for i in range(80):
    x = np.random.randint(80, im.size[0]-80)
    y = np.random.randint(30, im.size[1]-30)
    r = np.random.randint(5, 20)
    a = np.random.random()*0.6 + 0.2
    v = np.array((x-r/2, y))
    u = np.array((x+r/2, y))
    w = rotate(v-u, 60) + u
    
    data = np.array(snow([(u[0],u[1]),(w[0],w[1]),(v[0],v[1])], 5))
    x, y = np.split(data, 2, axis=1)
    plt.plot(x, y, c='#AABBCC', lw=1, ls='-', alpha=a)
  
  plt.axis('equal') 
  plt.show()

draw_scenery()

在這里插入圖片描述

到此這篇關(guān)于為2021年的第一場(chǎng)雪錦上添花:用matplotlib繪制雪花和雪景的文章就介紹到這了,更多相關(guān)matplotlib繪制雪花和雪景內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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