代码收藏家技术教程 2025-02-24

Python:动态粒子爱心

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代码结构概述

这段代码使用了 pygame 库来创建一个动态的图形窗口，绘制一个心形图案，并在其中显示闪烁的文本。代码主要分为以下几个部分：

初始化和设置
心形曲线的计算
粒子类的定义
生成粒子
文本设置
主循环

1. 初始化和设置

import pygame
import random
import math
import os

# 初始化pygame
pygame.init()

# 屏幕尺寸
WIDTH, HEIGHT = 800, 600
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
pygame.display.set_caption("Dynamic Particle Heart")

导入库：首先导入所需的库，pygame 用于图形处理，random 用于生成随机数，math 用于数学计算。

初始化pygame：调用 pygame.init() 来初始化所有的 pygame 模块。

设置屏幕尺寸：定义窗口的宽度和高度，并创建一个窗口。

设置窗口标题：使用 set_caption 设置窗口的标题。

2. 颜色定义

# 颜色定义
WHITE = (255, 255, 255)
BLACK = (0, 0, 0)
PURPLE = (128, 0, 128)  # 紫色的RGB值

定义颜色：使用 RGB 颜色模式定义了白色、黑色和紫色。

3. 心形曲线的计算

# 心形方程
def heart_curve(t):
    x = 16 * math.sin(t) ** 3
    y = 13 * math.cos(t) - 5 * math.cos(2 * t) - 2 * math.cos(3 * t) - math.cos(4 * t)
    return x, y

心形方程：定义了一个函数 heart_curve，接受一个参数 t（角度），并计算心形曲线的 x 和 y 坐标。这个公式通过三角函数生成心形的坐标。

4. 计算心形的最大宽度和高度

def get_heart_dimensions():
    max_x, min_x, max_y, min_y = -float('inf'), float('inf'), -float('inf'), float('inf')
    for i in range(0, 360, 1):
        angle_rad = math.radians(i)
        x, y = heart_curve(angle_rad)
        if x > max_x: max_x = x
        if x < min_x: min_x = x
        if -y > max_y: max_y = -y  # 注意：这里取负是因为pygame坐标系y轴向下
        if -y < min_y: min_y = -y
    width = max_x - min_x
    height = max_y - min_y
    return width, height

计算心形的尺寸：这个函数遍历从 0 到 360 度的每个角度，计算心形的坐标，并找到心形的最大和最小 x、y 值，以便计算出心形的宽度和高度。

5. 粒子类的定义

class Particle:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
        self.size = random.randint(2, 5)
        self.color = PURPLE
        self.angle = random.uniform(0, math.pi * 2)
        self.speed = random.uniform(1, 3)
        self.lifetime = random.randint(50, 100)

    def move(self):
        self.x += math.sin(self.angle) * self.speed
        self.y -= math.cos(self.angle) * self.speed
        self.size -= 0.05
        self.lifetime -= 1
        if self.size <= 0 or self.lifetime <= 0:
            self.reset()

    def reset(self):
        angle_rad = random.uniform(0, math.pi * 2)
        x, y = heart_curve(angle_rad)
        self.x = x * scale_factor + WIDTH // 2
        self.y = -y * scale_factor + HEIGHT // 2
        self.size = random.randint(2, 5)
        self.angle = random.uniform(0, math.pi * 2)
        self.speed = random.uniform(1, 3)
        self.lifetime = random.randint(50, 100)

    def draw(self, screen):
        s = pygame.Surface((self.size * 2, self.size * 2), pygame.SRCALPHA)
        pygame.draw.circle(s, (*self.color[:3], self.lifetime * 2.55), (self.size, self.size), self.size)
        screen.blit(s, (self.x - self.size, self.y - self.size))

粒子类：定义了一个 Particle 类，表示一个粒子。

初始化方法：设置粒子的初始位置、大小、颜色、角度、速度和生命周期。

移动方法：更新粒子的位置，减少大小和生命周期。如果粒子的大小或生命周期小于等于0，则重置粒子。

重置方法：随机生成新的位置、大小、角度和速度。

绘制方法：在屏幕上绘制粒子。

6. 生成粒子

# 生成初始粒子
particles = [Particle(random.uniform(-width/2, width/2) * scale_factor + WIDTH // 2,
                      random.uniform(-height/2, height/2) * scale_factor + HEIGHT // 2) for _ in range(10000)]

创建粒子：生成 10,000 个粒子，并将它们存储在 particles 列表中。每个粒子的位置是随机的，基于心形的尺寸和缩放因子。

7. 文本设置

# 字体设置
font_size = 48  # 字体大小
font_path = "./test.ttf"  # 确保字体文件在当前目录下
font = pygame.font.Font(font_path, font_size)  # 使用指定字体
text = "多想再见你 哪怕一眼匆匆就别离"
text_surface = font.render(text, True, WHITE)  # 渲染文本
text_rect = text_surface.get_rect(center=(WIDTH // 2, HEIGHT // 2))  # 文本居中

设置字体：定义字体大小和路径，渲染文本并计算文本的矩形区域，以便后续居中显示。

8. 主循环

# 主循环
running = True
clock = pygame.time.Clock()
blink_counter = 0
blink_rate = 10  # 每10帧闪烁一次

while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False

    screen.fill(BLACK)

    # 绘制心形曲线
    points = []
    for i in range(0, 360, 1):
        angle_rad = math.radians(i)
        x, y = heart_curve(angle_rad)
        x = x * scale_factor + WIDTH // 2
        y = -y * scale_factor + HEIGHT // 2
        points.append((x, y))
    pygame.draw.lines(screen, PURPLE, False, points, 2)  # 使用lines代替polygon

    # 更新和绘制粒子
    for particle in particles:
        particle.move()
        particle.draw(screen)

    # 绘制闪烁的文本
    if blink_counter % blink_rate < blink_rate / 2:  # 每隔一段时间闪烁
        # 随机生成颜色
        random_color = (random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255))
        text_surface = font.render(text, True, random_color)  # 渲染文本
        screen.blit(text_surface, text_rect)  # 绘制文本

    blink_counter += 1

    pygame.display.flip()
    clock.tick(60)

pygame.quit()

主循环：程序的核心部分。

事件处理：检查是否有退出事件。

清屏：用黑色填充屏幕。

绘制心形曲线：计算心形的每个点并绘制。

更新和绘制粒子：让每个粒子移动并绘制在屏幕上。

绘制闪烁的文本：每隔一定的帧数，随机生成文本颜色并绘制文本。

更新显示：调用 pygame.display.flip() 更新屏幕，clock.tick(60) 控制帧率为 60 帧每秒。

9. 退出

pygame.quit()

退出程序：当主循环结束后，调用 pygame.quit() 关闭窗口并清理资源。

总结

这段代码结合了图形绘制、动画效果和文本渲染，展示了如何使用 pygame 创建一个动态的视觉效果。通过理解每个部分的功能，你可以更好地掌握 pygame 的使用，并进行更复杂的项目开发。

完整代码

import pygame
import random
import math
import os

# 初始化pygame
pygame.init()

# 屏幕尺寸
WIDTH, HEIGHT = 800, 600
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
pygame.display.set_caption("Dynamic Particle Heart")

# 颜色定义
WHITE = (255, 255, 255)
BLACK = (0, 0, 0)
PURPLE = (128, 0, 128)  # 紫色的RGB值

# 心形方程
def heart_curve(t):
    x = 16 * math.sin(t) ** 3
    y = 13 * math.cos(t) - 5 * math.cos(2 * t) - 2 * math.cos(3 * t) - math.cos(4 * t)
    return x, y

# 计算心形的最大宽度和高度
def get_heart_dimensions():
    max_x, min_x, max_y, min_y = -float('inf'), float('inf'), -float('inf'), float('inf')
    for i in range(0, 360, 1):
        angle_rad = math.radians(i)
        x, y = heart_curve(angle_rad)
        if x > max_x: max_x = x
        if x < min_x: min_x = x
        if -y > max_y: max_y = -y  # 注意：这里取负是因为pygame坐标系y轴向下
        if -y < min_y: min_y = -y
    width = max_x - min_x
    height = max_y - min_y
    return width, height

width, height = get_heart_dimensions()
scale_factor = min(WIDTH / (width * 1.2), HEIGHT / (height * 1.2))  # 增加一点额外的空间

# 粒子类
class Particle:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
        self.size = random.randint(2, 5)
        self.color = PURPLE
        self.angle = random.uniform(0, math.pi * 2)
        self.speed = random.uniform(1, 3)
        self.lifetime = random.randint(50, 100)

    def move(self):
        self.x += math.sin(self.angle) * self.speed
        self.y -= math.cos(self.angle) * self.speed
        self.size -= 0.05
        self.lifetime -= 1
        if self.size <= 0 or self.lifetime <= 0:
            self.reset()

    def reset(self):
        angle_rad = random.uniform(0, math.pi * 2)
        x, y = heart_curve(angle_rad)
        self.x = x * scale_factor + WIDTH // 2
        self.y = -y * scale_factor + HEIGHT // 2
        self.size = random.randint(2, 5)
        self.angle = random.uniform(0, math.pi * 2)
        self.speed = random.uniform(1, 3)
        self.lifetime = random.randint(50, 100)

    def draw(self, screen):
        s = pygame.Surface((self.size * 2, self.size * 2), pygame.SRCALPHA)
        pygame.draw.circle(s, (*self.color[:3], self.lifetime * 2.55), (self.size, self.size), self.size)
        screen.blit(s, (self.x - self.size, self.y - self.size))

# 生成初始粒子
particles = [Particle(random.uniform(-width/2, width/2) * scale_factor + WIDTH // 2,
                      random.uniform(-height/2, height/2) * scale_factor + HEIGHT // 2) for _ in range(10000)]

# 字体设置
font_size = 48  # 字体大小
font_path = "./test.ttf"  # 确保字体文件在当前目录下
font = pygame.font.Font(font_path, font_size)  # 使用指定字体
text = "多想再见你 哪怕一眼匆匆就别离"
text_surface = font.render(text, True, WHITE)  # 渲染文本
text_rect = text_surface.get_rect(center=(WIDTH // 2, HEIGHT // 2))  # 文本居中

# 主循环
running = True
clock = pygame.time.Clock()
blink_counter = 0
blink_rate = 10  # 每10帧闪烁一次

while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False

    screen.fill(BLACK)

    # 绘制心形曲线
    points = []
    for i in range(0, 360, 1):
        angle_rad = math.radians(i)
        x, y = heart_curve(angle_rad)
        x = x * scale_factor + WIDTH // 2
        y = -y * scale_factor + HEIGHT // 2
        points.append((x, y))
    pygame.draw.lines(screen, PURPLE, False, points, 2)  # 使用lines代替polygon

    # 更新和绘制粒子
    for particle in particles:
        particle.move()
        particle.draw(screen)

    # 绘制闪烁的文本
    if blink_counter % blink_rate < blink_rate / 2:  # 每隔一段时间闪烁
            # 随机生成颜色
        random_color = (random.randint(0, 255), random.randint(0, 255), random.randint(0, 255))
        text_surface = font.render(text, True, random_color)  # 渲染文本
        screen.blit(text_surface, text_rect)  # 绘制文本

    blink_counter += 1

    pygame.display.flip()
    clock.tick(60)

pygame.quit()

补充解说

让我详细解释这个代码的运行逻辑：

初始化阶段：

# 初始化基本设置
pygame.init()
WIDTH, HEIGHT = 800, 600
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))

# 心形方程定义
def heart_curve(t):
    x = 16 * math.sin(t) ** 3
    y = 13 * math.cos(t) - 5 * math.cos(2 * t) - 2 * math.cos(3 * t) - math.cos(4 * t)
    return x, y

粒子系统：

class Particle:
    def __init__(self, x, y):
        # 初始化粒子位置、大小、速度等属性
        self.x = x
        self.y = y
        self.size = random.randint(2, 5)
        self.angle = random.uniform(0, math.pi * 2)
        self.speed = random.uniform(1, 3)
        self.lifetime = random.randint(50, 100)

粒子移动和重置逻辑：

def move(self):
    # 移动粒子
    self.x += math.sin(self.angle) * self.speed
    self.y -= math.cos(self.angle) * self.speed
    self.size -= 0.05
    self.lifetime -= 1
    # 当粒子生命周期结束时重置
    if self.size <= 0 or self.lifetime <= 0:
        self.reset()

def reset(self):
    # 重置粒子到心形曲线上的随机位置
    angle_rad = random.uniform(0, math.pi * 2)
    x, y = heart_curve(angle_rad)
    self.x = x * scale_factor + WIDTH // 2
    self.y = -y * scale_factor + HEIGHT // 2
    # 重置其他属性

运行流程：

初始化：
创建10000个随机分布的粒子
每个粒子有随机的位置、大小、速度和生命周期
主循环：

while running:
    screen.fill(BLACK)  # 清空屏幕
    
    # 绘制心形轮廓
    # 更新和绘制所有粒子
    for particle in particles:
        particle.move()
        particle.draw(screen)

粒子运动机制：
每个粒子按照自己的角度和速度移动
当粒子生命周期结束时，通过reset()函数重生在心形曲线上
这创造了粒子似乎在"靠近"心形的视觉效果

关于"靠近"效果的实现：

这个效果是通过粒子的生命周期系统实现的

当粒子消失时，它们会在心形曲线上重生（reset()函数）

随着时间推移，越来越多的粒子会重生在心形曲线上

这创造了粒子群似乎在向心形聚集的视觉效果

核心实现在reset()函数：

def reset(self):
    angle_rad = random.uniform(0, math.pi * 2)
    x, y = heart_curve(angle_rad)  # 在心形曲线上选择新位置

这不是真正的"靠近"运动，而是通过粒子的死亡和重生机制，逐渐在心形轮廓上形成粒子群，创造出视觉上的聚集效果。

作者：百年孤独_

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