【manim动画教程】-- 基本图形

李笑笑

制作数学视频时，各类几何图形是使用最频繁的。
一般来说，常用的几何图形包括：点，线，圆以及多边形。
1. 点

点是最简单图形，也是其他所有图形的基础。
绘制其他任何图形时，都是用点来定位的。
manim中生成一个点很方便，只要给定一个坐标即可。
这里的坐标包含 [x, y, z]3个维度，如果绘制二维图形，将第三个坐标 z固定为 0。

1. class DotSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         # 绘制 9个点
4.         for x in range(-1, 2):
5.             for y in range(1, -2, -1):
6.                 p = Dot([x, y, 0])
7.                 self.play(Create(p), run_time=0.5)

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按照 3x3的格式绘制9个点

1. manim -p .\samples.py DotSample

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2. 线

manim的线其实都是线段，绘制线只要提供两个点的坐标。
2.1 直线

提供任意2个点，manim通过 Line来绘制线。

1. class LineSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._lines()
5.     def _lines(self):
6.         # 绘制 3 条线
7.         l = Line([-1, 1, 0], [1, 1, 0])
8.         self.play(Create(l), run_time=0.5)
10.         l = Line([-1, 0, 0], [1, 0, 0])
11.         self.play(Create(l), run_time=0.5)
13.         l = Line([-1, -1, 0], [1, -1, 0])
14.         self.play(Create(l), run_time=0.5)

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运行效果：

2.2 带箭头的线

绘制带箭头的线同样只要提供2个点。
只是绘制的对象不用 Line，而是用 Arrow。

1. class LineSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._arrows()
5.     def _arrows(self):
6.         a = Arrow([-1, 1, 0], [1, 1, 0])
7.         self.play(Create(a), run_time=0.5)
9.         a = Arrow([-1, 0, 0], [1, 0, 0])
10.         self.play(Create(a), run_time=0.5)
12.         a = Arrow([-1, -1, 0], [1, -1, 0])
13.         self.play(Create(a), run_time=0.5)

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运行效果：

2.3 虚线

绘制虚线使用 DashedLine。

1. class LineSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._dashedLines()
4.         self.wait()
6.     def _dashedLines(self):
7.         dl = DashedLine([-1, 1, 0], [1, 1, 0])
8.         self.play(Create(dl), run_time=0.5)
10.         dl = DashedLine([-1, 0, 0], [1, 0, 0])
11.         self.play(Create(dl), run_time=0.5)
13.         dl = DashedLine([-1, -1, 0], [1, -1, 0])
14.         self.play(Create(dl), run_time=0.5)

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运行效果：

3. 圆

绘制圆只要提供半径即可，圆心默认在屏幕的中心。
绘制圆使用 Circle。

1. class CircleSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._circles()
4.         self.wait()
6.     def _circles(self):
7.         c = Circle(radius=1)
8.         self.play(Create(c), run_time=0.5)
10.         c = Circle(radius=2)
11.         self.play(Create(c), run_time=0.5)
13.         c = Circle(radius=3)
14.         self.play(Create(c), run_time=0.5)

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运行效果：

3.1 椭圆

manim也支持绘制椭圆，使用 Ellipse。
绘制椭圆的两个参数 width和 height分别控制椭圆最大宽度和最大高度。

1. class CircleSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._ellipses()
4.         self.wait()
6.     def _ellipses(self):
7.         e = Ellipse(width=1, height=0.5)
8.         self.play(Create(e), run_time=0.5)
10.         e = Ellipse(width=2, height=1)
11.         self.play(Create(e), run_time=0.5)
13.         e = Ellipse(width=3, height=1.5)
14.         self.play(Create(e), run_time=0.5)

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运行效果：

3.2 圆弧

manim中绘制圆弧主要有三个参数：

• angle：圆弧的弧度
  
• start_angle: 开始的角度，默认 0
  
• radius：圆弧的半径
  

1. class CircleSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._arcs()
4.         self.wait()
6.     def _arcs(self):
7.         # 90度圆弧，半径1
8.         a = Arc(angle=PI / 2, radius=1)
9.         self.play(Create(a), run_time=0.5)
11.         # 180度圆弧，半径2
12.         a = Arc(angle=PI, radius=2)
13.         self.play(Create(a), run_time=0.5)
15.         # 30度圆弧，半径2，从270度开始绘制
16.         a = Arc(angle=PI / 6, start_angle=PI * 1.5, radius=2)
17.         self.play(Create(a), run_time=0.5)

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运行效果：

4. 多边形

如果制作几何相关的数学视频，那么多边形绝对是使用最多的。
manim对多边形的支持非常完善，常用的主要以下几种：
4.1 等边三角形

manim中专门有绘制等边三角形的对象 Triangle。

1. class PolygonSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._triangles()
4.         self.wait()
6.     def _triangles(self):
7.         t = Triangle()
8.         self.play(Create(t))

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运行效果：

4.2 四边形

四边形比三角形应用的更广，所以 manim也提供了更多绘制四边形的方法。
4.2.1 正方形

绘制正方形主要有一个参数，就是 side_length(正方形的边长)。

1. class PolygonSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._squares()
4.         self.wait()
6.     def _squares(self):
7.         s = Square(side_length=1)
8.         self.play(Create(s), run_time=0.5)
10.         s = Square(side_length=1.5)
11.         self.play(Create(s), run_time=0.5)
13.         s = Square(side_length=2)
14.         self.play(Create(s), run_time=0.5)

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运行效果：

4.2.2 矩形

绘制矩形有两个主要的参数，分别代表矩形的高 height和宽 width。

1. class PolygonSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._rectangles()
4.         self.wait()
6.     def _rectangles(self):
7.         r = Rectangle(width=1.5, height=1)
8.         self.play(Create(r), run_time=0.5)
10.         r = Rectangle(width=2, height=1.5)
11.         self.play(Create(r), run_time=0.5)
13.         r = Rectangle(width=3, height=2)
14.         self.play(Create(r), run_time=0.5)

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运行效果：

4.2.3 圆角矩形

圆角矩形和矩形相比，多了一个参数corner_radius用来控制矩形四个角的弧度半径，
也就是控制矩形四个角的圆滑程度。

1. class PolygonSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._rounded_rectangles()
4.         self.wait()
6.     def _rounded_rectangles(self):
7.         r = RoundedRectangle(corner_radius=0.2, width=1.5, height=1)
8.         self.play(Create(r), run_time=0.5)
10.         r = RoundedRectangle(corner_radius=0.4, width=2, height=1.5)
11.         self.play(Create(r), run_time=0.5)
13.         r = RoundedRectangle(corner_radius=0.6, width=3, height=2)
14.         self.play(Create(r), run_time=0.5)

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运行效果：

4.3 任意多边形

除了三角形和四边形，manim还提供了一个通用的Polygon对象，它会依次连接传入的坐标点列表，绘制任意多边形。

1. class PolygonSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._polygons()
4.         self.wait()
6.     def _polygons(self):
7.         p = Polygon([-3, 1, 0], [-1, 1, 0], [-2, -1, 0])
8.         self.play(Create(p), run_time=0.5)
10.         p = Polygon([1, 1, 0], [2, 0, 0], [3, 1, 0], [3, -1, 0], [1, -1, 0])
11.         self.play(Create(p), run_time=0.5)

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运行效果：

4.4 正多边形

虽然 manim提供了绘制任意多边形的对象 Polygon，利用Polygon绘制正多边形理论上是完全可行的。
不过，要自己去计算各个正多边形的坐标点显然有些费时费力，
所以，manim中还提供了一个专门用来绘制正多边形的对象 RegularPolygon.

1. class PolygonSample(Scene):
2.     def construct(self):
3.         self._reguler_polygons()
4.         self.wait()
6.     def _reguler_polygons(self):
7.         p1 = RegularPolygon(n=6)  # 正六边形
8.         p2 = RegularPolygon(n=8)  # 正八边形
9.         p3 = RegularPolygon(n=10)  # 正十边形
11.         vg = VGroup(p1, p2, p3)
12.         vg.arrange(RIGHT, buff=SMALL_BUFF)
13.         self.play(Create(vg))

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运行效果：

总结回顾

本篇主要介绍了平面几何中，使用 manim绘制各种基本图形的方法。

• 只要提供点坐标就能绘制的图形有：点，线（直线，虚线，箭头线），还有任意多边形。
  
• 需要提供角度或者半径信息的图形有：圆，椭圆，圆弧，圆角矩形
  
• 提供边长信息的图形有：正方形，矩形
  
• 最后，还有一个特殊的专门用来绘制正多边形的对象
  

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来源:https://www.cnblogs.com/wang_yb/p/17269340.html
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