【manim】之圆规动画

邓志杰

概要

前端时间做尺规作图相关的动画的时候，封装了一个圆规的动画，顺便研究了下 manim 库的动画函数。
manim 本身就是做动画的库，所以，基于它封装自定义的动画非常方便。
动画原理

对于单个的元素，manim本身就提供了非常多的动画函数。
比如：创建/消除的动画，移动元素的动画，旋转元素的动画等等，具体可以参考: Animations
如果是做一些简单的演示视频的话，这些内置的动画函数满足要求绰绰有余。
但是，对于多个元素联动的动画，则需要编写各个元素之间的联动规则，来封装符合要求的动画。
下面以圆规动画为例，演示多元素动画如何封装。
圆规动画目的还是画出一个 圆弧，只是在绘制的圆弧的过程中展示了圆弧的起点，终点以及连接起点终点之间的线。
这样，实际使用圆规作图的时候，可以更好的理解 圆弧是如何画出来的。
函数的签名如下：

1. def ruler(sc: Scene, p1, p2, angle=PI, axis=OUT):
2.     """
3.     圆规动画
6.     Parameters
7.     ---------
8.     sc
9.         绘制动画的场景
10.     p1
11.         代表圆规的针，绘制时不动的点
12.     p2
13.         代表圆规的笔芯，绘制圆弧的点
14.     angle
15.         绘制圆弧的角度，默认PI，相当于绘制半个圆
16.     axis
17.         只有2个值 IN/OUT，分别表示顺时针还是逆时针作弧
18.     """
19.     # 省略。。。
20.     return arc

复制代码

各个参数的含义参见注释。
实现动画的思路如下：

• 构建3个元素，也就是d1(根据参数中p1坐标绘制的点),d2(根据参数中p2坐标绘制的点)以及 dl(连接p1和p2的虚线)
  
• 设置dl的动画，随着 d1和d2变化不断重新绘制（这里 d1其实是不会变的）
  
• 再设置圆弧的动画，随着 d2的变动，不断绘制新的圆弧
  
• 通过 manim自带的动画函数让 d2先动，其他动画则会随之一起
  
• 最后删除不必要的元素，只保留圆弧在 场景(sc)中
  

1. def ruler(sc: Scene, p1, p2, angle=PI, axis=OUT):
2.     """
3.     圆规动画
6.     Parameters
7.     ---------
8.     sc
9.         绘制动画的场景
10.     p1
11.         代表圆规的针，绘制时不动的点
12.     p2
13.         代表圆规的笔芯，绘制圆弧的点
14.     angle
15.         绘制圆弧的角度，默认PI，相当于绘制半个圆
16.     axis
17.         只有2个值 IN/OUT，分别表示顺时针还是逆时针作弧
18.     """
19.     d1 = Dot(point=p1, color=RED)
20.     d2 = Dot(point=p2, color=GREEN)
21.     dl = DashedLine(d1.get_center(), d2.get_center())
23.     r = np.linalg.norm(p2 - p1)
24.     arc = ArcBetweenPoints(p2, p2)
26.     dl.add_updater(lambda z: z.become(DashedLine(d1.get_center(), d2.get_center())))
27.     if np.array_equal(axis, OUT):
28.         arc.add_updater(
29.             lambda z: z.become(
30.                 ArcBetweenPoints(p2, d2.get_center(), radius=r, stroke_color=GREEN)
31.             )
32.         )
33.     if np.array_equal(axis, IN):
34.         arc.add_updater(
35.             lambda z: z.become(
36.                 ArcBetweenPoints(d2.get_center(), p2, radius=r, stroke_color=GREEN)
37.             )
38.         )
40.     sc.add(d1, d2, dl, arc)
41.     sc.play(
42.         Rotate(
43.             d2,
44.             about_point=d1.get_center(),
45.             axis=axis,
46.             angle=angle,
47.             rate_func=linear,
48.         )
49.     )
51.     arc.clear_updaters()
52.     dl.clear_updaters()
53.     sc.remove(d1, d2, dl)
54.     return arc

复制代码

动画效果

封装之后，使用起来非常简单：

1. # -*- coding: utf-8 -*-
2. from manim import *
3. import numpy as np
6. class Sample(Scene):
7.     def construct(self):
8.         ruler(self, np.array([-1, 0, 0]), np.array([-1, 1, 0]))
9.         ruler(self, np.array([1, 0, 0]), np.array([1, 1, 0]), axis=IN)
10.         self.wait()

复制代码

上面演示了逆时针（默认是逆时针）和顺时针方式绘制半圆。

各个元素的颜色等相关属性，没有暴露到函数参数中，可以直接在代码中修改。
这里主要演示如何基于 manim制作多元素动画的。

来源:https://www.cnblogs.com/wang_yb/p/17079903.html
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