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使用python和pygame绘制繁花曲线的方法-创新互联

前段时间看了一期《最强大脑》,里面各种繁花曲线组合成了非常美丽的图形,一时心血来潮,想尝试自己用代码绘制繁花曲线,想怎么组合就怎么组合。

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真实的繁花曲线使用一种称为繁花曲线规的小玩意绘制,繁花曲线规由相互契合大小两个圆组成,用笔插在小圆上的一个孔中,紧贴大圆的内壁滚动,就可以绘制出漂亮的图案。这个过程可以做一个抽象:有两个半径不相等的圆,大圆位置固定,小圆在大圆内部,小圆紧贴着大圆内壁滚动,求小圆上的某一点走过的轨迹。

进一步分析,小圆的运动可以分解为两个部分:小圆圆心绕大圆圆心公转、小圆绕自身圆心自转。设大圆圆心为A,半径为Ra,小圆圆心为B,半径为Rb,轨迹点为C,半径为Rc(BC距离),设小圆公转的弧度为θ [0,∞),如图:

使用python和pygame绘制繁花曲线的方法

因为大圆的圆心坐标是固定的,要求得小圆上的某点的轨迹,需要先求出小圆当前时刻的圆心坐标,再求出小圆自转的弧度,最后求出小圆上某点的坐标。

第一步:求小圆圆心坐标

小圆圆心的公转轨迹是一个半径为 RA- RB 的圆,求小圆圆心坐标,相当于是求半径为 RA- RB 的圆上θ 弧度对应的点的坐标。

圆上的点的坐标公式为:

x = r * cos(θ), y = r * sin(θ)

小圆圆心坐标为:( xa+ (Ra - Rb) * cos(θ), ya + (Ra - Rb) * sin(θ) )

第二步:求小圆自转弧度

设小圆自转弧度为α,小圆紧贴大圆运动,两者走过的路程相同,因此有:

Ra *θ = Rb *α

小圆自转弧度α = (Ra / Rb) *θ

第三步:求点C坐标

点C相对小圆圆心B的公转轨迹是一个半径为 Rc 的圆,类似第一步,有:

轨迹点C的坐标为:( xa+ Rc* cos(θ), ya+ Rc* sin(θ))

按照以上算法分析,用python代码实现如下:

# -*- coding: utf-8 -*-

import math

'''
功能:
  已知圆的圆心和半径,获取某弧度对应的圆上点的坐标
入参:
  center:圆心
  radius:半径
  radian:弧度
'''
def get_point_in_circle(center, radius, radian):
  return (center[0] + radius * math.cos(radian), center[1] - radius * math.sin(radian))

'''
功能:
  内外圆A和B,内圆A沿着外圆B的内圈滚动,已知外圆圆心、半径,已知内圆半径,已知公转弧度和绕点半径,计算绕点坐标
入参:
  center_A:外圆圆心
  radius_A:外圆半径
  radius_B:内圆半径
  radius_C:绕点半径
  radian:公转弧度
'''
def get_point_in_child_circle(center_A, radius_A, radius_B, radius_C, radian):
  # 计算内圆圆心坐标
  center_B = get_point_in_circle(center_A, radius_A - radius_B, radian)
  # 计算绕点弧度(公转为逆时针,则自转为顺时针)
  radian_C = 2.0*math.pi - ((radius_A / radius_B * radian) % (2.0*math.pi))
  # 计算绕点坐标
  return get_point_in_circle(center_B, radius_C, radian_C)

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新闻名称:使用python和pygame绘制繁花曲线的方法-创新互联
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