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前言

我用Python实现了炫酷的3D玫瑰花！

Turtle画图

Turtle 是一个简单的图形库，可用于 Python 编程语言。它可以让你使用 Python 程序画出各种图形，包括线条、图案、几何图形等等。Turtle 的使用非常简单，特别适合初学者学习编程。

以下是关于 Turtle 的入门指南，介绍了 Turtle 的基本功能以及如何通过编程来控制 Turtle 画图。

1.安装 Turtle

Turtle 是 Python 的标准库之一，因此你不需要额外安装它。如果你使用的是 Python 3.x 版本，只需在 Python 命令行键入以下命令：

import turtle

如果不报错，则说明你已经成功导入了 Turtle 库。

2.创建一个 Turtle 画布

在开始画图之前，你需要创建一个画布。使用以下代码来创建一个窗口和一个空白画布：

import turtle# 创建画布window = turtle.Screen()# 创建一个空白画布canvas = turtle.Turtle()

在这个示例中，我们首先导入了 Turtle 库。然后，使用 `turtle.Screen()` 创建一个名为 `window` 的 Turtle 窗口。接下来，我们使用 `turtle.Turtle()` 创建一个名为 `canvas` 的新画布，它位于窗口的中心。

3.移动 Turtle

现在，我们可以开始向画布绘制图形了。首先，让我们看看如何移动 Turtle。Turtle 通过向前或向后移动一定距离来画一条线。在开始之前，让我们先了解一下坐标系。在 Turtle 中，窗口的中心点是坐标原点（0,0），向右是正 X 轴方向，向上是正 Y 轴方向。坐标的单位是画布上的像素。

使用以下代码，让 Turtle 向右移动 50 个像素：

# 移动 Turtle 50 个像素canvas.forward(50)

`forward()` 方法让 Turtle 向前移动一定距离，它的参数是像素数。现在，如果你在 Python 窗口中运行代码，你应该可以看到一个向右移动 50 像素的线。如果要向左移动，只需将参数改为负数：

# 向左移动 50 个像素canvas.forward(-50)

使用 `backward()` 方法也可以让 Turtle 向后移动一定距离：

# 向后移动 50 个像素canvas.backward(50)

除了向前和向后移动之外，还可以让 Turtle 向左或向右转动一定角度：

# 向左旋转 90 度canvas.left(90)# 向右旋转 45 度canvas.right(45)

当然，你也可以使用 `goto()` 方法直接将 Turtle 移动到指定的坐标处：

# 将 Turtle 移动到坐标 (100, 100)canvas.goto(100, 100)

4.绘制形状

除了直线以外，Turtle 还可以使用 `circle()` 方法绘制圆形：

# 绘制半径为 50 的圆形canvas.circle(50)

`circle()` 方法的参数是圆的半径，如果要绘制椭圆，可以使用 `shapesize()` 方法：

# 绘制长半轴为 200，短半轴为 100 的椭圆canvas.shapesize(200, 100)

当然，你也可以使用 `begin_fill()` 和 `end_fill()` 方法填充形状：

# 绘制一个黄色的圆形canvas.color('yellow')canvas.begin_fill()canvas.circle(50)canvas.end_fill()

5.线条属性

除了移动和绘制形状以外，你还可以设置 Turtle 的线条属性。以下是一些常用的属性：

– `pensize()` 设置线条宽度
– `penup()` 和 `pendown()` 控制画笔的起始和结束状态
– `color()` 设置画笔颜色
– `speed()` 设置画笔移动速度

# 设置线条宽度为 5canvas.pensize(5)# 抬起画笔canvas.penup()# 移动到坐标 (50, 50)canvas.goto(50, 50)# 放下画笔canvas.pendown()# 设置画笔颜色为红色canvas.color('red')# 设置画笔移动速度为 10canvas.speed(10)

6.示例代码

接下来，我们将使用 Turtle 画一个简单的正方形：

import turtle# 创建画布和 Turtle 对象window = turtle.Screen()canvas = turtle.Turtle()# 设置画笔宽度和颜色canvas.pensize(5)canvas.color('red')# 画正方形for i in range(4):canvas.forward(100)canvas.right(90)# 显示窗口turtle.done()

以上代码将创建一个名为 `window` 的窗口，创建一个名为 `canvas` 的 Turtle 对象。然后，我们设置了画笔的宽度和颜色。接下来，我们使用 `for` 循环绘制正方形的四个边。最后，使用 `turtle.done()` 显示窗口并等待用户关闭。

7.总结

Turtle 是一个简单的图形库，可用于 Python 编程语言。使用 Turtle，你可以使用 Python 程序画出各种图形，包括线条、图案、几何图形等等。通过本入门指南的介绍，你应该已经了解了 Turtle 的基本操作和功能，可以开始绘制自己的图形了。

普通玫瑰花

程序设计

import turtleturtle.Turtle().screen.delay(0)# 设置初始位置turtle.penup()turtle.left(90)turtle.fd(200)turtle.pendown()turtle.right(90)# 花蕊turtle.fillcolor("red")turtle.begin_fill()turtle.circle(10, 180)turtle.circle(25, 110)turtle.left(50)turtle.circle(60, 45)turtle.circle(20, 170)turtle.right(24)turtle.fd(30)turtle.left(10)turtle.circle(30, 110)turtle.fd(20)turtle.left(40)turtle.circle(90, 70)turtle.circle(30, 150)turtle.right(30)turtle.fd(15)turtle.circle(80, 90)turtle.left(15)turtle.fd(45)turtle.right(165)turtle.fd(20)turtle.left(155)turtle.circle(150, 80)turtle.left(50)turtle.circle(150, 90)turtle.end_fill()# 花瓣1turtle.left(150)turtle.circle(-90, 70)turtle.left(20)turtle.circle(75, 105)turtle.setheading(60)turtle.circle(80, 98)turtle.circle(-90, 40)# 花瓣2turtle.left(180)turtle.circle(90, 40)turtle.circle(-80, 98)turtle.setheading(-83)# 叶子1turtle.fd(30)turtle.left(90)turtle.fd(25)turtle.left(45)turtle.fillcolor("green")turtle.begin_fill()turtle.circle(-80, 90)turtle.right(90)turtle.circle(-80, 90)turtle.end_fill()turtle.right(135)turtle.fd(60)turtle.left(180)turtle.fd(85)turtle.left(90)turtle.fd(80)# 叶子2turtle.right(90)turtle.right(45)turtle.fillcolor("green")turtle.begin_fill()turtle.circle(80, 90)turtle.left(90)turtle.circle(80, 90)turtle.end_fill()turtle.left(135)turtle.fd(60)turtle.left(180)turtle.fd(60)turtle.right(90)turtle.circle(200, 60)turtle.mainloop()

程序分析

这段代码使用 Python 的 turtle 库绘制了一朵复杂的花朵。运行在 Python 解释器中，并使用 turtle.Turtle() 函数创建一个 Turtle 对象进行绘制。

首先设置初始位置，然后使用 turtle.penup() 和 turtle.pendown() 函数分别切换画笔状态为抬起和落下。接下来使用 turtle.circle() 函数和 turtle.fd() 函数绘制花瓣、叶子和花蕊等各个部分，并使用 turtle.fillcolor() 和 turtle.begin_fill() 函数设置填充颜色和启动填充。最后使用 turtle.end_fill() 函数结束填充。

整个过程中涉及到多次调用 turtle.circle() 函数绘制圆弧段，turtle.fd() 函数绘制直线段，turtle.left() 和 turtle.right() 函数控制方向，turtle.setheading() 函数设置朝向等。最后使用 turtle.mainloop() 函数保持绘画窗口的持久显示。

因为代码中使用了多个 turtle 库的函数，感性地理解需要一定的绘画知识和 Python 编程知识。如果对这些函数的使用和参数含义有疑问，可以查阅 turtle 库的官方文档或进行进一步学习。

立体玫瑰花

程序设计

import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltfig = plt.figure(figsize=(5, 5))ax = fig.add_subplot(projection='3d')[x, t] = np.meshgrid(np.array(range(25)) / 24.0, np.arange(0, 575.5, 0.5) / 575 * 20 * np.pi + 4 * np.pi)p = (np.pi / 2) * np.exp(-t / (8 * np.pi))change = np.sin(15 * t) / 150u = 1 - (1 - np.mod(3.3 * t, 2 * np.pi) / np.pi) ** 4 / 2 + changey = 2 * (x ** 2 - x) ** 2 * np.sin(p)r = u * (x * np.sin(p) + y * np.cos(p))h = u * (x * np.cos(p) - y * np.sin(p))c = plt.get_cmap('Reds')……（关注文末公众号免费领取完整代码）

程序分析

这段代码使用了 Python 的 matplotlib 库绘制了一个三维玫瑰花图形，其中利用了 numpy 库进行数学计算和生成网格点。

首先创建了一个 5×5 英寸大小的图形对象 fig，然后使用 add_subplot() 函数创建一个 3D 坐标系 ax。接下来生成网格点坐标 x 和 t，并使用这些坐标计算出平面参数 p 和变化值 change，以及空间坐标值 u、y、r 和 h。

然后使用 plt.get_cmap() 函数获取色图对象，并使用坐标值绘制出玫瑰花的曲面 surf。最后使用 set_xticks()、set_yticks() 和 set_zticks() 函数设置坐标轴的刻度标签，然后用 plt.show() 函数显示图形并保持窗口的持久显示。

整个过程中运用了 numpy 库的 meshgrid()、sin()、exp()、arange() 和 mod() 等函数，以及 matplotlib 库的 figure()、subplot()、plot_surface()、get_cmap()、set_xticks()、set_yticks() 和 set_zticks() 等函数，需要一定的数学计算和 Python 编程知识。

四季玫瑰花

程序设计

import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltfrom matplotlib import cmfig = plt.figure()ax = fig.add_subplot(projection='3d')[x, t] = np.meshgrid(np.array(range(25)) / 24.0, np.arange(0, 575.5, 0.5) / 575 * 30 * np.pi - 4 * np.pi)p = (np.pi / 2) * np.exp(-t / (8 * np.pi))change = np.sin(20 * t) / 50u = 1 - (1 - np.mod(3.3 * t, 2 * np.pi) / np.pi) ** 4 / 2 + changey = 2 * (x ** 2 - x) ** 2 * np.sin(p)r = u * (x * np.sin(p) + y * np.cos(p)) * 1.5h = u * (x * np.cos(p) - y * np.sin(p))……（关注文末公众号免费领取完整代码）

程序分析

这段代码使用了 numpy 和 matplotlib 的库。它创建了一个三维玫瑰花，其中的点是通过一系列的数学运算计算得出的。

首先，用 np.meshgrid 创建了一个网格，包括 x 和 t 坐标。x 坐标是 0 到 1 的 25 个数，t 坐标是 0 到 30π，步长为 0.5，与它的指数和三角函数一起用于后面的计算。

接下来，通过一些数学公式计算出了一些新的值，如 p、change、u、y、r 和 h。它们分别是：

– p：计算一个正弦函数，用于后面的计算。
– change：计算一个正弦函数，用于后面的计算。
– u：计算一个双曲线函数，用于后面的计算。
– y：根据一些三角函数和指数计算 y 坐标的值。
– r：使用上述计算出的值得出一个极坐标的半径。
– h：使用上述计算出的值得出一个高度。

最后，使用 plt.get_cmap 获得了一个颜色映射，并将这些点绘制到了三维图形中。

该代码中的各项数学运算很复杂，但主要目的是创建一个有趣的、复杂的三维玫瑰花图形。

尾声

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