天天敲代碼的朋友，有沒有想過代碼也可以變得很酷炫又浪漫惑朦？今天就教大家用Python模擬出綻放的煙花兽泄，工作之余也可以隨時(shí)讓程序?yàn)樽约悍乓粓鰺熁ㄐ恪?/p>
這個(gè)有趣的小項(xiàng)目并不復(fù)雜，只需一點(diǎn)可視化技巧漾月，100余行Python代碼和程序庫Tkinter病梢，最后我們就能達(dá)到下面這個(gè)效果：
學(xué)完本教程后蜓陌，你也能做出這樣的煙花秀。
整體概念梳理
我們的整個(gè)理念比較簡單吩蔑。
如上圖示钮热，我們這里通過讓畫面上一個(gè)粒子分裂為X數(shù)量的粒子來模擬爆炸效果。粒子會(huì)發(fā)生“膨脹”烛芬，意思是它們會(huì)以恒速移動(dòng)且相互之間的角度相等隧期。這樣就能讓我們以一個(gè)向外膨脹的圓圈形式模擬出煙花綻放的畫面。經(jīng)過一定時(shí)間后赘娄，粒子會(huì)進(jìn)入“自由落體”階段厌秒，也就是由于重力因素它們開始?jí)嬄涞降孛妫氯艟`放后熄滅的煙花擅憔。
基本知識(shí)：用Python和Tkinter設(shè)計(jì)煙花
這里不再一股腦把數(shù)學(xué)知識(shí)全丟出來鸵闪，我們邊寫代碼邊說理論。首先暑诸，確保你安裝和導(dǎo)入了Tkinter蚌讼，它是Python的標(biāo)準(zhǔn) GUI 庫，廣泛應(yīng)用于各種各樣的項(xiàng)目和程序開發(fā)个榕，在Python中使用 Tkinter 可以快速的創(chuàng)建 GUI 應(yīng)用程序篡石。
import tkinter as tk
from PIL import Image, ImageTk
from time import time, sleep
from random import choice, uniform, randint
from math import sin, cos, radians
除了Tkinter之外，為了能讓界面有漂亮的背景西采，我們也導(dǎo)入PIL用于圖像處理凰萨，以及導(dǎo)入其它一些包，比如time，random和math胖眷。它們能讓我們更容易的控制煙花粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡武通。
Tkinter應(yīng)用的基本設(shè)置如下：
root = tk.Tk()
為了能初始化Tkinter，我們必須創(chuàng)建一個(gè)Tk()根部件（root widget）珊搀，它是一個(gè)窗口冶忱，帶有標(biāo)題欄和由窗口管理器提供的其它裝飾物。該根部件必須在我們創(chuàng)建其它小部件之前就創(chuàng)建完畢境析，而且只能有一個(gè)根部件囚枪。
w = tk.Label(root, text="Hello Tkinter!")
這一行代碼包含了Label部件。該Label調(diào)用中的第一個(gè)參數(shù)就是父窗口的名字劳淆，即我們這里用的“根”链沼。關(guān)鍵字參數(shù)“text”指明顯示的文字內(nèi)容。你也可以調(diào)用其它小部件：Button沛鸵，Canvas等等括勺。
w.pack()
root.mainloop()
接下來的這兩行代碼很重要。這里的打包方法是告訴Tkinter調(diào)整窗口大小以適應(yīng)所用的小部件谒臼。窗口直到我們進(jìn)入Tkinter事件循環(huán)朝刊，被root.mainloop()調(diào)用時(shí)才會(huì)出現(xiàn)耀里。在我們關(guān)閉窗口前蜈缤，腳本會(huì)一直在停留在事件循環(huán)。
將煙花綻放轉(zhuǎn)譯成代碼
現(xiàn)在我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)象冯挎，表示煙花事件中的每個(gè)粒子底哥。每個(gè)粒子都會(huì)有一些重要的屬性，支配了它的外觀和移動(dòng)狀況：大小房官，顏色趾徽，位置，速度等等翰守。
'''
particles 類
粒子在空中隨機(jī)生成隨機(jī)孵奶，變成一個(gè)圈、下墜蜡峰、消失
屬性:
- id: 粒子的id
- x, y: 粒子的坐標(biāo)
- vx, vy: 在坐標(biāo)的變化速度
- total: 總數(shù)
- age: 粒子存在的時(shí)長
- color: 顏色
- cv: 畫布
- lifespan: 最高存在時(shí)長
'''
class part:
def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx = 0., vy = 0., size=2., color = 'red', lifespan = 2, **kwargs):
self.id = idx
self.x = x
self.y = y
self.initial_speed = explosion_speed
self.vx = vx
self.vy = vy
self.total = total
self.age = 0self.color = color
self.cv = cv
self.cid = self.cv.create_oval(
x - size, y - size, x + size,
y + size, fill=self.color)
self.lifespan = lifespan
如果我們回過頭想想最開始的想法了袁，就會(huì)意識(shí)到必須確保每個(gè)煙花綻放的所有粒子必須經(jīng)過3個(gè)不同的階段，即“膨脹”“墜落”和“消失”湿颅。 所以我們向粒子類中再添加一些運(yùn)動(dòng)函數(shù)载绿，如下所示：
def update(self, dt):
# 粒子膨脹if self.alive() and self.expand():
move_x = cos(radians(self.id*360/self.total))*self.initial_speed
move_y = sin(radians(self.id*360/self.total))*self.initial_speed
self.vx = move_x/(float(dt)*1000)
self.vy = move_y/(float(dt)*1000)
self.cv.move(self.cid, move_x, move_y)
# 以自由落體墜落
elif self.alive():
move_x = cos(radians(self.id*360/self.total))
# we technically don't need to update x, y because move will do the job
self.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy+GRAVITY*dt)
self.vy += GRAVITY*dt
# 如果粒子的生命周期已過，就將其移除
elif self.cid is not None:
cv.delete(self.cid)
self.cid = None
當(dāng)然油航，這也意味著我們必須定義每個(gè)粒子綻放多久崭庸、墜落多久。這部分需要我們多嘗試一些參數(shù)，才能達(dá)到最佳視覺效果怕享。
# 定義膨脹效果的時(shí)間幀
def expand (self):
return self.age <= 1.2
# 檢查粒子是否仍在生命周期內(nèi)
def alive(self):
return self.age <= self.lifespan
使用Tkinter模擬
現(xiàn)在我們將粒子的移動(dòng)概念化执赡，不過很明顯，一個(gè)煙花不能只有一個(gè)粒子熬粗，一場煙花秀也不能只有一個(gè)煙花搀玖。我們下一步就是讓Python和Tkinter以我們可控的方式向天上連續(xù)“發(fā)射”粒子。
到了這里驻呐，我們需要從操作一個(gè)粒子升級(jí)為在屏幕上展現(xiàn)多個(gè)煙花及每個(gè)煙花中的多個(gè)粒子灌诅。
我們的解決思路如下：創(chuàng)建一列列表，每個(gè)子列表是一個(gè)煙花含末，其包含一列粒子猜拾。每個(gè)列表中的例子有相同的x,y坐標(biāo)、大小佣盒、顏色挎袜、初始速度。
numb_explode = randint(6,10)
# 為所有模擬煙花綻放的全部粒子創(chuàng)建一列列表
for point in range(numb_explode):
objects = []
x_cordi = randint(50,550)
y_cordi = randint(50, 150)
size = uniform (0.5,3)
color = choice(colors)
explosion_speed = uniform(0.2, 1)
total_particles = randint(10,50)
for i in range(1,total_particles):
r = part(cv, idx = i, total = total_particles, explosion_speed = explosion_speed, x = x_cordi, y = y_cordi,
color=color, size = size, lifespan = uniform(0.6,1.75))
objects.append(r)
explode_points.append(objects)
我們下一步就是確保定期更新粒子的屬性肥惭。這里我們?cè)O(shè)置讓粒子每0.01秒更新它們的狀態(tài)盯仪，在1.8秒之后停止更新（這意味著每個(gè)粒子的存在時(shí)間為1.6秒，其中1.2秒為“綻放”狀態(tài)蜜葱，0.4秒為“墜落”狀態(tài)全景，0.2秒處于Tkinter將其完全移除前的邊緣狀態(tài)）。
total_time = .0
# 在1.8秒時(shí)間幀內(nèi)保持更新
while total_time < 1.8:
sleep(0.01)
tnew = time()
t, dt = tnew, tnew - t
for point in explode_points:
for part in point:
part.update(dt)
cv.update()
total_time += dt
現(xiàn)在牵囤，我們只需將最后兩個(gè)gist合并為一個(gè)能被Tkinter調(diào)用的函數(shù)爸黄，就叫它simulate()吧。該函數(shù)會(huì)展示所有的數(shù)據(jù)項(xiàng)揭鳞，并根據(jù)我們?cè)O(shè)置的時(shí)間更新每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的屬性炕贵。在我們的主代碼中，我們會(huì)用一個(gè)alarm處理模塊after()調(diào)用此函數(shù)野崇，after()會(huì)等待一定的時(shí)間称开，然后再調(diào)用函數(shù)。
我們這里設(shè)置讓Tkinter等待100個(gè)單位（1秒鐘）再調(diào)取simulate乓梨。
if __name__ == '__main__':
root = tk.Tk()
cv = tk.Canvas(root, height=600, width=600)
# 繪制一個(gè)黑色背景
cv.create_rectangle(0, 0, 600, 600, fill="black")
cv.pack()
root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", close)
# 在1秒后才開始調(diào)用stimulate()
root.after(100, simulate, cv)
root.mainloop()
好了鳖轰，這樣我們就用Python代碼放了一場煙花秀：
本文只一個(gè)簡單版本，等進(jìn)一步熟悉Tkinter后督禽，還可以添加更多顏色更漂亮的背景照片脆霎，讓代碼為你綻放更美的煙花！
以下是全部代碼：
import tkinter as tk
from PIL import Image, ImageTk
from time import time, sleep
from random import choice, uniform, randint
from math import sin, cos, radians
# 模擬重力
GRAVITY = 0.05
# 顏色選項(xiàng)（隨機(jī)或者按順序）
colors = ['red', 'blue', 'yellow', 'white', 'green', 'orange', 'purple', 'seagreen', 'indigo', 'cornflowerblue']
'''
particles 類
粒子在空中隨機(jī)生成隨機(jī)狈惫，變成一個(gè)圈睛蛛、下墜鹦马、消失
屬性:
- id: 粒子的id
- x, y: 粒子的坐標(biāo)
- vx, vy: 在坐標(biāo)的變化速度
- total: 總數(shù)
- age: 粒子存在的時(shí)長
- color: 顏色
- cv: 畫布
- lifespan: 最高存在時(shí)長
'''
class Particle:
def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx=0., vy=0., size=2., color='red', lifespan=2,
**kwargs):
self.id = idx
self.x = x
self.y = y
self.initial_speed = explosion_speed
self.vx = vx
self.vy = vy
self.total = total
self.age = 0self.color = color
self.cv = cv
self.cid = self.cv.create_oval(
x - size, y - size, x + size,
y + size, fill=self.color)
self.lifespan = lifespan
def update(self, dt):
self.age += dt
# 粒子范圍擴(kuò)大
if self.alive() and self.expand():
move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed
move_y = sin(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed
self.cv.move(self.cid, move_x, move_y)
self.vx = move_x / (float(dt) * 1000)
# 以自由落體墜落
elif self.alive():
move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total))
# we technically don't need to update x, y because move will do the job
self.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy + GRAVITY * dt)
self.vy += GRAVITY * dt
# 移除超過最高時(shí)長的粒子
elif self.cid is not None:
cv.delete(self.cid)
self.cid = None
# 擴(kuò)大的時(shí)間
def expand (self):
return self.age <= 1.2
# 粒子是否在最高存在時(shí)長內(nèi)
def alive(self):
return self.age <= self.lifespan
'''
循環(huán)調(diào)用保持不停
'''
def simulate(cv):
t = time()
explode_points = []
wait_time = randint(10, 100)
numb_explode = randint(6, 10)
# 創(chuàng)建一個(gè)所有粒子同時(shí)擴(kuò)大的二維列表
for point in range(numb_explode):
objects = []
x_cordi = randint(50, 550)
y_cordi = randint(50, 150)
speed = uniform(0.5, 1.5)
size = uniform(0.5, 3)
color = choice(colors)
explosion_speed = uniform(0.2, 1)
total_particles = randint(10, 50)
for i in range(1, total_particles):
r = Particle(cv, idx=i, total=total_particles, explosion_speed=explosion_speed, x=x_cordi, y=y_cordi,
vx=speed, vy=speed, color=color, size=size, lifespan=uniform(0.6, 1.75))
objects.append(r)
explode_points.append(objects)
total_time = .0
# 1.8s內(nèi)一直擴(kuò)大
while total_time < 1.8:
sleep(0.01)
tnew = time()
t, dt = tnew, tnew - t
for point in explode_points:
for item in point:
item.update(dt)
cv.update()
total_time += dt
# 循環(huán)調(diào)用
root.after(wait_time, simulate, cv)
def close(*ignore):
"""退出程序、關(guān)閉窗口"""
global root
root.quit()
if __name__ == '__main__':
root = tk.Tk()
cv = tk.Canvas(root, height=400, width=600)
# 選一個(gè)好看的背景會(huì)讓效果更驚艷忆肾！
image = Image.open("./image.jpg")
photo = ImageTk.PhotoImage(image)
cv.create_image(0, 0, image=photo, anchor='nw')
cv.pack()
root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", close)
root.after(100, simulate, cv)
root.mainloop()
