Python动态星空

系列文章

写在前面

Python绘制一个含有月亮、流星、星星的炫酷星空的完整代码。

技术需求

1. Python 标准库：

2. turtle: 用于绘图和动画，通过控制画笔进行图形绘制和动态更新画布，创建了星星、流星和月亮的动画效果。
3. math: 用于数学计算，特别是计算流星的轨迹，使用 math.sin() 来控制流星的路径。
4. random: 用于生成随机数，随机化星星和流星的位置、大小、颜色和移动速度，增强动画的多样性和动态效果。

5. 面向对象编程：定义了一个 Star 类来封装星星、流星和月亮的属性和行为，使得每个天体可以单独控制其位置、颜色、大小、速度等，并通过 move()、star1()、star2() 等方法实现其动态效果。

6. 动态动画：

7. 使用 turtle 的 penup() 和 pendown() 控制画笔的绘制和移动，实现元素的绘制和更新。
8. 通过 tu.tracer(0) 和 tu.update() 控制画面刷新，避免每次绘制都自动更新，从而提高动画效率。
9. 利用无限循环 while True 来持续更新画面，保持动态效果。

10. 随机化：random.randint() 和 random.choice() 被广泛应用于生成随机数和随机选择颜色，为每个天体生成不同的初始位置、大小、颜色和速度，使得每次动画播放的效果都不相同，增加了视觉上的多样性。

11. 图形绘制与填充：

12. 使用 turtle 的 begin_fill() 和 end_fill() 方法实现图形的填充效果，如月亮和星星的填充颜色。
13. 利用 turtle.circle() 和 turtle.forward() 等基本绘图方法绘制圆形、星形、流星轨迹等。

完整代码

import math
import turtle as tu
import random as ra

tu.setup(1.0, 1.0)
tu.screensize(1.0, 1.0)  # 设置画布大小
tu.bgcolor('black')  # 设置画布颜色
t = tu.Pen()
t.ht()  # 隐藏画笔
colors2 = ['yellow', 'gold', 'orange']    # 星星的颜色列表
colors3 = ['skyblue', 'white', 'cyan', 'aqua']  # 流星的颜色列表

class Star():  # 流星类
    def __init__(self):
        self.x1 = -850
        self.y1 = 300
        self.x2 = ra.randint(-1500, 1000)  # 星星的横坐标
        self.y2 = ra.randint(-500, 500)  # 星星的纵坐标
        self.r2 = ra.randint(1, 5)
        self.x3 = ra.randint(-1500, 1000)  # 流星的横坐标
        self.y3 = ra.randint(-500, 500)  # 流星的纵坐标
        self.r3 = ra.randint(50, 100)  # 流星的半径
        self.t = ra.randint(1, 3)
        self.speed2 = ra.randint(1, 3)  # 星星流星移动速度
        self.speed3 = ra.randint(10, 15)  # 流星的移动速度
        self.color2 = ra.choice(colors2)  # 星星的颜色
        self.color3 = ra.choice(colors3)  # 流星的颜色

    def moon(self):   # 画月亮
        t.penup()
        t.goto(self.x1, self.y1)
        t.pendown()
        t.pencolor("yellow")
        t.begin_fill()
        t.fillcolor("gold")
        t.circle(66)
        t.end_fill()

    def star1(self):  # 画星星的函数
        t.pensize(1)  # 设置画笔大小
        t.penup()  # 提笔
        t.goto(self.x2, self.y2)  # 设置星星在画布中的初始坐标
        t.pendown()  # 落笔
        t.speed(0)  # 画星星的速度，范围为0~10（0最快）
        t.color(self.color2)  # 设置星星的外框颜色
        t.begin_fill()  # 开始填色
        t.fillcolor(self.color2)  # 星星的内部颜色
        for i in range(5):  # 循环画星星
            t.forward(self.r2)
            t.right(144)
            t.forward(self.r2)
            t.left(72)
        t.end_fill()  # 结束填充颜色
……

代码分析

这段代码通过使用 Python 的 turtle 库绘制了一个包含月亮、星星和流星的动态场景。整个程序的核心思想是利用 turtle 模块的绘图功能以及随机生成坐标、颜色和速度的方式，使得这些天体元素在屏幕上动起来。代码通过创建一个 Star 类来表示每个星星、流星以及月亮，类中的方法用于绘制和更新这些图形的显示，接下来将从多个方面详细分析这段代码。

1. 库的引入

代码首先引入了三个标准库：

2. 初始化画布

tu.setup(1.0, 1.0)
tu.screensize(1.0, 1.0)  # 设置画布大小
tu.bgcolor('black')  # 设置画布颜色

通过 tu.setup(1.0, 1.0) 来设置画布为全屏（1.0 表示屏幕宽高的百分比），tu.screensize(1.0, 1.0) 进一步确保画布大小适应屏幕，tu.bgcolor('black') 将背景色设置为黑色，模拟夜空的效果。

3. Star 类的定义

Star 类定义了星星、流星和月亮的属性和行为。这个类中的每个实例代表一个星星或流星，具有以下几个重要属性：

4. 动态效果的实现

整个程序通过一个无限循环 (while True) 来持续更新天体的位置和状态：

while True:
    tu.tracer(0)
    t.clear()
    Stars[0].moon()
    for i in range(99):
        Stars[i].move()
        Stars[i].star1()
    for i in range(19):
        Stars[i].star2()
    tu.update()

5. 星星和流星的运动逻辑

星星和流星的运动是通过更新它们的坐标来实现的。星星和流星的移动都包括左右或上下方向的随机速度。这些速度会影响它们在画布上的移动效果：

6. 使用 random 实现动态效果

在每次循环中，星星和流星的初始位置、大小、颜色和速度都是通过 random 模块生成的。这样就能确保每次生成的星星和流星都是不同的，使得整个场景更具有动态性和多样性。

7. 性能优化

8. 总结

这段代码使用 turtle 库成功地创建了一个动态的星空场景，展示了如何通过类和方法管理和控制多个天体的状态。通过随机化天体的属性，增加了动画的多样性和趣味性。虽然目前该程序比较简单，但其灵活性和可扩展性为进一步增加功能和细节提供了良好的基础。

写在后面

我是一只有趣的兔子，感谢你的喜欢。 

作者：Want595