Python 旋轉(zhuǎn)立方體的實現(xiàn)示例
更新時間：2024年05月13日 09:04:18 作者：????????stormsha
本文主要介紹了Python 旋轉(zhuǎn)立方體的實現(xiàn)示例,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧
效果圖
運行環(huán)境
python版本：python3.x
依賴包：
$ pip install pygame $ pip install numpy
完整代碼
import numpy as np # 導(dǎo)入 NumPy 庫，用于數(shù)值計算和處理多維數(shù)組
import pygame # 導(dǎo)入 Pygame 庫，用于游戲開發(fā)和圖形界面設(shè)計
# 定義屏幕的寬度和高度
WIDTH = 800
HEIGHT = 800
# 定義顏色常量
BLACK = (0, 0, 0) # 黑色
WHITE = (255, 255, 255) # 白色
class Cube:
"""
表示一個立方體。
"""
def __init__(self, pos: np.ndarray, a: float) -> None:
"""
初始化立方體。
:param pos: 立方體的中心位置，是一個包含三個元素的 NumPy 數(shù)組。
:param a: 立方體的邊長。
"""
self.pos = pos # 立方體的中心位置
self.angle = np.pi / 4 # 立方體的旋轉(zhuǎn)角度，初始化為 45 度
self.center_offset = np.array([-a / 2, -a / 2, -a / 2]) # 立方體頂點到中心的偏移量
self.edges = np.array([ # 立方體的邊，是一個包含 12 條邊的數(shù)組
# 前臉的四條邊
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([a, 0, 0])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, a, 0])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([0, a, 0])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, 0, 0])]),
# 右臉的四條邊
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([0, 0, a])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, a, a])]),
# 上臉的四條邊
np.array([np.array([0, 0, a]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([a, 0, a]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, a, a]), np.array([0, a, a])]),
np.array([np.array([0, a, a]), np.array([0, 0, a])]),
])
def draw(self, screen: pygame.surface.Surface, rotation_rate: float) -> None:
"""
在屏幕上繪制立方體。
:param screen: 要繪制立方體的 Pygame 屏幕對象。
:param rotation_rate: 立方體的旋轉(zhuǎn)速率，用于控制立方體旋轉(zhuǎn)的速度。
"""
# 將立方體的邊加上中心偏移量，得到實際的頂點位置
rotated_cube = np.add(self.edges, self.center_offset)
# 計算繞 X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)的矩陣
rotation_matrix_x = np.array([
[1, 0, 0],
[0, np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle)],
[0, np.sin(self.angle), np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_y = np.array([
[np.cos(self.angle), 0, np.sin(self.angle)],
[0, 1, 0],
[-np.sin(self.angle), 0, np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_z = np.array([
[np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle), 0],
[np.sin(self.angle), np.cos(self.angle), 0],
[0, 0, 1],
])
# 對立方體進行旋轉(zhuǎn)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_x)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_y)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_z)
# 將旋轉(zhuǎn)后的立方體移動到正確的位置
moved_cube = np.add(self.pos, rotated_cube)
# 在屏幕上繪制立方體的邊
for edge in moved_cube:
# 獲取邊的兩個端點的屏幕坐標(biāo)
start_pos = edge[0][0:2]
end_pos = edge[1][0:2]
# 繪制邊
pygame.draw.line(screen, WHITE, start_pos, end_pos)
# 更新立方體的旋轉(zhuǎn)角度
self.angle += rotation_rate
def main():
"""
主函數(shù)，啟動 Pygame 并創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)的立方體。
"""
# 初始化 Pygame
pygame.init()
# 創(chuàng)建屏幕對象
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 設(shè)置窗口標(biāo)題
pygame.display.set_caption("旋轉(zhuǎn)立方體 By stormsha")
# 創(chuàng)建立方體對象，中心位于 (400, 400, 200)，邊長為 200
cube = Cube(np.array([400, 400, 200]), 200)
# 主循環(huán)
running = True
while running:
# 處理 Pygame 事件，如關(guān)閉窗口等
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
running = False
# 清空屏幕
screen.fill(BLACK)
# 繪制立方體
cube.draw(screen, 0.001)
# 更新屏幕
pygame.display.flip()
if __name__ == "__main__":
# 如果腳本被直接運行，則執(zhí)行主函數(shù)
main()
實現(xiàn)思路
使用Pygame和NumPy創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)立方體
在這篇文章中，我們將詳細介紹如何使用Python的Pygame庫和NumPy庫創(chuàng)建一個旋轉(zhuǎn)的立方體。我們將逐步講解代碼的實現(xiàn)思路，并解釋關(guān)鍵部分的作用。
1. 導(dǎo)入庫和定義常量
首先，我們需要導(dǎo)入所需的庫，包括NumPy和Pygame。NumPy庫用于數(shù)值計算和處理多維數(shù)組，而Pygame庫用于游戲開發(fā)和圖形界面設(shè)計。
import numpy as np # 導(dǎo)入 NumPy 庫，用于數(shù)值計算和處理多維數(shù)組 import pygame # 導(dǎo)入 Pygame 庫，用于游戲開發(fā)和圖形界面設(shè)計 # 定義屏幕的寬度和高度 WIDTH = 800 HEIGHT = 800 # 定義顏色常量 BLACK = (0, 0, 0) # 黑色 WHITE = (255, 255, 255) # 白色
2. 創(chuàng)建Cube類
接下來，我們創(chuàng)建一個名為Cube的類，用于表示立方體。在Cube類的構(gòu)造函數(shù)中，我們初始化立方體的中心位置、旋轉(zhuǎn)角度和邊長。
class Cube:
"""
表示一個立方體。
"""
def __init__(self, pos: np.ndarray, a: float) -> None:
"""
初始化立方體。
:param pos: 立方體的中心位置，是一個包含三個元素的 NumPy 數(shù)組。
:param a: 立方體的邊長。
"""
self.pos = pos # 立方體的中心位置
self.angle = np.pi / 4 # 立方體的旋轉(zhuǎn)角度，初始化為 45 度
self.center_offset = np.array([-a / 2, -a / 2, -a / 2]) # 立方體頂點到中心的偏移量
self.edges = np.array([ # 立方體的邊，是一個包含 12 條邊的數(shù)組
# 前臉的四條邊
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([a, 0, 0])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, a, 0])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([0, a, 0])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, 0, 0])]),
# 右臉的四條邊
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([0, 0, a])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, a, a])]),
# 上臉的四條邊
np.array([np.array([0, 0, a]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([a, 0, a]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, a, a]), np.array([0, a, a])]),
np.array([np.array([0, a, a]), np.array([0, 0, a])]),
])
在上面的代碼中，我們定義了立方體的12條邊，包括前臉、右臉和上臉的邊。每條邊由兩個頂點組成，使用NumPy的數(shù)組表示。
3. 實現(xiàn)Cube類的draw方法
接下來，我們實現(xiàn)Cube類的draw方法，用于在屏幕上繪制立方體。在draw方法中，我們首先將立方體的邊加上中心偏移量，得到實際的頂點位置。然后，我們計算繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的矩陣，并對立方體進行旋轉(zhuǎn)。最后，我們將旋轉(zhuǎn)后的立方體移動到正確的位置，并在屏幕上繪制立方體的邊。
def draw(self, screen: pygame.surface.Surface, rotation_rate: float) -> None:
"""
在屏幕上繪制立方體。
:param screen: 要繪制立方體的 Pygame 屏幕對象。
:param rotation_rate: 立方體的旋轉(zhuǎn)速率，用于控制立方體旋轉(zhuǎn)的速度。
"""
# 將立方體的邊加上中心偏移量，得到實際的頂點位置
rotated_cube = np.add(self.edges, self.center_offset)
# 計算繞 X、Y、Z 軸旋轉(zhuǎn)的矩陣
rotation_matrix_x = np.array([
[1, 0, 0],
[0, np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle)],
[0, np.sin(self.angle), np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_y = np.array([
[np.cos(self.angle), 0, np.sin(self.angle)],
[0, 1, 0],
[-np.sin(self.angle), 0, np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_z = np.array([
[np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle), 0],
[np.sin(self.angle), np.cos(self.angle), 0],
[0, 0, 1],
])
# 對立方體進行旋轉(zhuǎn)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_x)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_y)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_z)
# 將旋轉(zhuǎn)后的立方體移動到正確的位置
moved_cube = np.add(self.pos, rotated_cube)
# 在屏幕上繪制立方體的邊
for edge in moved_cube:
# 獲取邊的兩個端點的屏幕坐標(biāo)
start_pos = edge[0][0:2]
end_pos = edge[1][0:2]
# 繪制邊
pygame.draw.line(screen, WHITE, start_pos, end_pos)
# 更新立方體的旋轉(zhuǎn)角度
self.angle += rotation_rate
在上面的代碼中，我們使用NumPy的matmul函數(shù)進行矩陣乘法，以實現(xiàn)立方體的旋轉(zhuǎn)。然后，我們使用pygame的draw.line函數(shù)在屏幕上繪制立方體的邊。
4. 實現(xiàn)主函數(shù)
最后，我們實現(xiàn)主函數(shù)main，用于啟動Pygame并創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)的立方體。在主函數(shù)中，我們首先初始化Pygame，并創(chuàng)建屏幕對象。然后，我們創(chuàng)建一個Cube對象，并進入主循環(huán)。在主循環(huán)中，我們處理Pygame事件，清空屏幕，繪制立方體，并更新屏幕。
def main():
"""
主函數(shù)，啟動 Pygame 并創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)的立方體。
"""
# 初始化 Pygame
pygame.init()
# 創(chuàng)建屏幕對象
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 設(shè)置窗口標(biāo)題
pygame.display.set_caption("旋轉(zhuǎn)立方體 By stormsha")
# 創(chuàng)建立方體對象，中心位于 (400, 400, 200)，邊長為 200
cube = Cube(np.array([400, 400, 200]), 200)
# 主循環(huán)
running = True
while running:
# 處理 Pygame 事件，如關(guān)閉窗口等
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
running = False
# 清空屏幕
screen.fill(BLACK)
# 繪制立方體
cube.draw(screen, 0.001)
# 更新屏幕
pygame.display.flip()
if __name__ == "__main__":
# 如果腳本被直接運行，則執(zhí)行主函數(shù)
main()
在上面的代碼中，我們使用pygame的event.get函數(shù)獲取事件，并判斷是否為關(guān)閉窗口事件。如果是關(guān)閉窗口事件，則退出主循環(huán)。然后，我們使用screen.fill函數(shù)清空屏幕，并使用cube.draw函數(shù)繪制立方體。最后，我們使用pygame的display.flip函數(shù)更新屏幕。
到此這篇關(guān)于Python 旋轉(zhuǎn)立方體的實現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python 旋轉(zhuǎn)立方體內(nèi)容請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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