如何用Python过一个完美的七夕节?

【作者】:xiaoyu

【介绍】:一个半路转行的数据挖掘工程师

【知乎专栏】:https://zhuanlan.zhihu.com/pypcfx

全文1797字 | 阅读需要5分钟

七夕礼物

一年一度的七夕节又到了,每年重复的过,花样各种有,很多男同胞又开始发愁了,该准备点什么呢?前一段时间非常火的电影 “西红市首富” 突然给了我点灵感,男主全城放烟花俘获了女主的芳心。没错!就是放烟花,而且要全城放。

可除了土豪,不是所有人都能在整个城市放烟花的。对于一个普通的不能再普通的我也只能想想了。虽然梦想很遥远,不过我还没放弃,我决定用Python来帮我实现一下这个愿望,毕竟Python是万能的

下面是Python实现的礼花动态效果。

Tkinter和代码实现

这个动态效果是由 Tkinter 库来完成的,属于Python的GUI编程部分。Python提供了多个图形开发界面的库,常用的有Tkinter,xwPython,Jython。Tkinter是Python的标准GUI库,内置在Python中,不需要额外安装,对于一些简单的图形界面可以轻松实现。

下面是七夕节烟花效果的代码实现,首先导入所有需要的库:

  • Tkinter:最终的GUI实现;
  • PIL:处理图像,在最后画布背景中使用;
  • time:处理时间,完成时间生命周期的更新迭代;
  • random:随机产生数字,定义燃放过程中的随机变量;
  • math:数学函数方法,计算燃放移动使用;
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

然后定义一个通用的烟花颗粒的类(part),烟花颗粒的属性如下:

  • id:每个烟花中颗粒的标识;
  • x, y: 烟花的x,y轴;
  • vx, vy:在x,y轴中颗粒的速度;
  • total:每个烟花的颗粒数量;
  • age:颗粒已经在背景度过的时间;
  • color:颜色;
  • cv:背景;
  • lifespan:颗粒将在背景持续多久;

然后在这个类中定义了烟花颗粒的一些类方法:

  • update:通过判断颗粒状态更新颗粒的生命时间;
  • expand:定义爆炸的时间;
  • alive:检查颗粒在生命周期内是否还存在;
# 设置重力参数
GRAVITY = 0.05
# 设置随机的颜色列表
colors = ['red', 'blue', 'yellow', 'white', 'green', 'orange', 'purple', 'seagreen', 'indigo', 'cornflowerblue']

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 = 0
        self.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

        # 颗粒爆炸
        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)

        # 颗粒降落
        elif self.alive():
            move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total))
     
            self.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy + GRAVITY * dt)
            self.vy += GRAVITY * dt

        # 如果颗超过最长持续时间,颗粒消失
        elif self.cid is not None:
            cv.delete(self.cid)
            self.cid = None

    # 定义爆炸的时间
    def expand(self):
        return self.age <= 1.2

    # 检查颗粒在生命周内是否还存在
    def alive(self):
        return self.age <= self.lifespan

上面完成了一个通用的烟花颗粒类的实现,下面就开始烟花燃放的模拟循环过程:通过递归不断循地在背景中产生新的烟花。

首先定义一个 simulate 模拟的函数,在函数中定了一些参数:

  • t:时间戳;
  • explode_points:烟花爆炸点列表,供后续更新使用;
  • num_explore:随机的烟花数量;

然后在所有的烟花数量中循环创建所有的烟花颗粒类,当然在每次循环中颗粒类都需要设置一定的属性参数,参数多是随机产生:

  • objects:存放所有的颗粒对象;
  • x_cordi,y_cordi:随机产生烟花在背景中的x,y坐标位置(50,550);
  • speed:随机产生颗粒移动速度(0.5,1.5);
  • size:随机产生颗粒大小(0.5,3);
  • color:选择颜色随机列表中的颜色;
  • total_particles:随机产生每个烟花中所有颗粒的数量;

有了这些参数,我们就可以定义循环产生每个颗粒对象了,并将每个烟花的所有颗粒对象储存在objects中。也就是说explore_points是列表中套列表,内层列表是每个烟花的所有颗粒对象,外层列表是所有烟花。

所有的颗粒对象完成后,就开始对每个颗粒的生命时间进行更新,且总时间设定在1.8秒以内。最后通过root递归使烟花可以一直在背景中燃放。

def simulate(cv):
    t = time()
    explode_points = []
    wait_time = randint(10, 100)
    numb_explode = randint(6, 10)
    # 循环创建所有的烟花颗粒
    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 = part(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
    # 保持在1.8秒内进行更新
    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
    # 通过递归持续不断的在背景中添加新烟花
    root.after(wait_time, simulate, cv)

def close(*ignore):
    """停止模拟循环,关闭窗口"""
    global root
    root.quit()

以上代码部分均与Tkinter无关,只是定义了颗粒对象以及模拟颗粒生命周期的全过程,下面将使用Tkinter完成最终的效果。

  • root:Tkinter类的对象;
  • cv:定义了Tkinter中背景画布对象,其中height和width参数可根据实际进行调整;
  • image:打开的图像对象,图像将被作为画布中的背景,图像可根据自己喜好自行选择
  • photo:使用ImageTk定义了Tkinter中的图像对象;

然后将在画布对象上创建一个图像(使用定义的photo对象作为参数),最后调用Tkinter对象root进行持续不断地simulate模拟过程。

if __name__ == '__main__':
    root = tk.Tk()
    cv = tk.Canvas(root, height=600, width=600)
    # 自己选择一个好的图像背景填充画布
    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()

注意:背景图片可根据自己的喜好进行更换,还不赶紧定制一个属于自己的烟花秀?

https://github.com/tuangauss/Various-projects/blob/master/Python/fireworks.py

原文发布于微信公众号 - Python数据科学(Python_Spiderman)

原文发表时间:2018-08-17

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