【manim动画教程】--相机

心寜

相机（Camera）在二维的场景下使用不多，一般在3D场景中提及的比较多。
相机相当于我们看动画的视角，简单来理解的话，相当于我们的眼睛（实际情况会复杂一些，相机还有其他一些辅助功能）。
默认的相机焦点在屏幕的中心位置，相机默认是以俯视的视角查看所有的元素。
之前的介绍的常用动画效果和高级动画效果，都没有对相机进行调整过，
所以，是通过移动和变换各个元素来实现动画效果。
本篇介绍的相机，则是另一种制作动画的方式，它不改变元素在屏幕或者说在坐标系中的位置，
通过改变相机的位置和角度来实现动画效果。
举个现实世界中的简单例子，如果有个杯子，我们可以通过转动杯子来从各个角度观察杯子；
而如果是一栋楼的话，我们无法移动它，只能围着楼走一圈来观察它，这个过程就相当于移动相机。
下面通过一些实例来看看移动相机带来的不一样的动画效果。
1. 相机移动

相机移动常用的两种方式：

• 移动焦点：改变相机的焦点，焦点在那个元素，那个元素就会在屏幕中心
  
• 改变视野：改变相机与元素的距离，离得越远，物体越小。
  

1.1 移动焦点

manim中移动焦点要继承 MovingCameraScene类，
然后通过 self.camera.frame.animate.move_to函数来移动焦点。
下面的示例构造了一个正方形，一个三角形，然后通过改变焦点来形成元素移动的动画。
实际上元素并没有移动，它们的坐标始终没变，变化的是相机的焦点。

1. class CameraSample1(MovingCameraScene):
2.     def _move_focus(self):
3.         s = Square(color=RED, fill_opacity=0.5)
4.         t = Triangle(color=GREEN, fill_opacity=0.5)
5.         vg = VGroup(s, t)
6.         vg.arrange(RIGHT, buff=MED_LARGE_BUFF)
7.         self.add(vg)
9.         self.play(self.camera.frame.animate.move_to(s))
10.         self.play(self.camera.frame.animate.move_to(t))
11.         self.play(self.camera.frame.animate.move_to(vg))
13.     def construct(self):
14.         self._move_focus()
16.         self.wait()

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运行效果：

1.2 改变视野

改变视野通过 self.camera.frame.animate.set方法，通过这个方法设置视野的宽度，可以形成缩放元素的效果。
下面的示例，通过改变视野的宽度，让元素出现放大和缩小的现象，实际上元素并没有变化。
变化的是相机到元素的距离。

1. class CameraSample1(MovingCameraScene):
2.     def _scale(self):
3.         s = Square(color=RED, fill_opacity=0.5)
4.         self.add(s)
6.         self.camera.frame.save_state()
7.         self.play(self.camera.frame.animate.set(width=s.width * 2))
8.         self.wait(0.3)
9.         self.play(self.camera.frame.animate.set(width=s.width * 8))
10.         self.wait(0.3)
11.         self.play(Restore(self.camera.frame))
13.     def construct(self):
14.         self._scale()
16.         self.wait()

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运行效果：

2. 鹰眼效果

鹰眼的效果是通过两个相机来实现的，两个相机的焦点一样，但是视野不一样。
鹰眼效果一般用在提供全局视图的场合，特别是当元素特别多的时候。
下面示例中，设置了两个相机，缩放的参数为3，zoom_factor=3。

1. class CameraSample2(ZoomedScene):
2.     def __init__(self, **kwargs):
3.         ZoomedScene.__init__(
4.             self,
5.             zoom_factor=3,
6.             zoomed_display_height=1,
7.             zoomed_display_width=2,
8.             image_frame_stroke_width=5,
9.             zoomed_camera_config={
10.                 "default_frame_stroke_width": 3,
11.             },
12.             **kwargs
13.         )
15.     def construct(self):
16.         s = Square(color=RED, fill_opacity=0.5, side_length=1.5)
17.         t = Triangle(color=GREEN, fill_opacity=0.5).scale(0.5)
18.         vg = VGroup(s, t)
19.         vg.arrange(RIGHT, buff=SMALL_BUFF)
20.         self.add(vg)
21.         self.activate_zooming(animate=False)
22.         self.play(s.animate.shift(LEFT), t.animate.shift(RIGHT))
23.         self.play(s.animate.rotate(2 * PI / 3), t.animate.rotate(PI / 2))
24.         self.play(s.animate.shift(RIGHT), t.animate.shift(LEFT))
25.         self.wait()

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运行效果：

3. 追踪物体

追踪物体就是将相机的焦点定位在移动的物体上，就像我们坐在火车上的感觉一样，那时，我们觉得火车没动，而是车外的风景不断向后移动。
下面的示例是一个点沿着正弦曲线运动，我们将相机焦点定位在这个点上，感觉就像是曲线在移动。

1. class CameraSample3(MovingCameraScene):
2.     def construct(self):
3.         self.camera.frame.save_state()
5.         graph = FunctionGraph(
6.             lambda x: np.sin(x),
7.             x_range=[-3, 3],
8.             color=RED,
9.         )
10.         d = dot(graph.get_start())
11.         self.add(graph, d)
13.         self.play(self.camera.frame.animate.scale(0.5).move_to(d))
15.         def update_curve(mob):
16.             mob.move_to(d.get_center())
18.         self.camera.frame.add_updater(update_curve)
19.         self.play(MoveAlongPath(d, graph), rate_func=linear, run_time=2)
20.         self.camera.frame.remove_updater(update_curve)
22.         self.play(Restore(self.camera.frame))

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运行效果：

4. 3D 场景

相机其实主要就是应用在3D场景中的，所以 manim的3D场景类 ThreeDScene中提供了一个非常方便的移动相机的方法 move_camera。
下面的示例中，我们用 move_camera方法来改变视角和调整视野。
示例中的球其实一直没动，也就是球上各点的坐标没有改变过。

1. class CameraSample4(ThreeDScene):
2.     def construct(self):
3.         axes = ThreeDAxes()
4.         sphere = Surface(
5.             lambda u, v: np.array(
6.                 [
7.                     1.5 * np.cos(u) * np.cos(v),
8.                     1.5 * np.cos(u) * np.sin(v),
9.                     1.5 * np.sin(u),
10.                 ]
11.             ),
12.             v_range=[0, TAU],
13.             u_range=[-PI / 2, PI / 2],
14.             checkerboard_colors=[BLUE_D, BLUE_E],
15.             resolution=(15, 32),
16.         )
17.         self.add(axes, sphere)
19.         self.move_camera(phi=75 * DEGREES, theta=30 * DEGREES)
20.         self.move_camera(zoom=1.5)
21.         self.move_camera(zoom=0.5)
22.         self.wait()

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运行效果：

5. 总结回顾

本篇介绍从另一种角度来实现动画的方式，也就是不改变物体本身，而是改变观察物体的方式。
manim中能够操作相机的类主要有：

• MovingCameraScene：改变相机的焦点和视野
  
• ZoomedScene：增加多个相机，多个相机可以从不同的视角同时观察物体
  
• ThreeDScene：3D场景下的相机操作
  

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来源:https://www.cnblogs.com/wang_yb/p/17334029.html
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