3b1b的manim动画引擎


官方文档不行…看这个不错。

基本架构与渲染方式

每一个.py文件作为一个素材库,每个素材库中可以定义类class,普通模式继承Scene,每一个类作为一个素材,其中必须包含一个construct函数,渲染时会调用这个函数。其实并不需要了解这些…反正就在那里面写就完了。很多时候艺术创作的感觉大于编程。

渲染命令栗子:python -m manim test.py Prt -pl

其中-后面的是简写的渲染参数(完整参数是--两个杠),可以调用python -m manim -h查看更多参数说明,比较常用的有定义清晰度的-l-m--high_quality

通用命令

  • wait()
    self.wait(second)
    延时,以秒为单位。

  • play()
    self.play(something(,something2,……))
    一切效果显示的核心,连续调用的话会等上一个执行完再执行下一条,如果希望多个效果同时执行,那么就需要同时传入同一个函数中(就像上面内层括号中所做的那样)

常量

常见的常量有颜色、单位坐标等等,定义在constants文件中。

Mobject与基础属性

manim中预设的图形叫做MobjectMath Object),可以在生成的时候传入参数,如C=Circle(radius=2,color=RED)

除了主颜色和宽高需要用Obj.set_colorObj.set_widthObj.set_height设置外,其他均可调用Obj.set_style()设置(可以同时传入多个参数,如果想要传入list可以self.play(*list))。

Mobject

大部分定义在这里
属性在这里这里

  • Circle
    Obj=Circle()
    圆形,大小通过radius(半径)控制。

  • Dot
    Obj=Dot()

  • SmallDot
    Obj=SamllDot()
    小点

  • Line
    Obj=Lind(start=LEFT, end=RIGHT)
    直线,通过stroke_width控制粗细

  • DashedLine
    Obj=DashedLind(start=LEFT, end=RIGHT)
    虚线

  • Rectangle
    Obj=Rectangle()
    矩形

  • Square
    Obj=Square(side_length=2)
    正方形

  • RoundedRectangle
    Obj=RoundedRectangle(corner_radius=0.5)
    圆角矩形

  • Polygon
    Obj=Polygon(P1,P2,P3,……)
    多边形

  • RegularPolygon
    Obj=RegularPolygon(n=6)
    正多边形

  • Triangle
    Obj=Triangle()
    三角形

  • Ellipse
    Obj=Ellipse()
    椭圆

  • Arc
    Obj=Arc(start_angle=0, angle=TAU / 4)

  • ArcBetweenPoints
    Obj=ArcBetweenPoints(start,end,angle=TAU / 4)
    由两点定义的弧

  • CurvedArrow
    Obj=CurvedArrow(start,end,angle=TAU / 4)
    由两点定义的弧箭头

  • CurvedDoubleArrow
    Obj=CurvedDoubleArrow(start,end,angle=TAU / 4)
    由两点定义的双向弧箭头

  • Arrow
    Obj=Arrow(start,end)
    由两点定义的箭头

  • Vector
    Obj=Vector(direction=RIGHT)
    向量

  • DoubleArrow
    Obj=DoubleArrow(start,end)
    由两点定义的双向箭头

  • AnnularSector
    Obj=AnnularSector(inner_radius=1,outer_radius=2)
    部分圆环,由Arc定义而来

  • Sector
    Obj=Sector(angle=TAU/4,start_angle=0)
    扇形

  • Annulus
    Obj=Annulus(inner_radius=1,outer_radius=2)
    圆环

  • TangentLine
    Obj1=TangentLine(Obj2,vmob,alpha)
    切线,vmob是一个常数,意义应该是Obj2上取点的比例位置。

  • Elbow
    Obj=Elbow(width=1,angle=-TAU/6)
    一个直切角

  • VGroup
    Obj=VGroup(Obj1,Obj2,……)
    打组

  • SurroundingRectangle
    Obj1=SurroundingRectangle(Obj2)
    外框矩形

  • SurroundingRectangle
    Obj1=SurroundingRectangle(Obj2)
    背景矩形

  • Underline
    Obj1=Underline(Obj2)
    下划线

  • VectorizedPoint
    Obj=VectorizedPoint(pos)
    啥都不会显示,可以占位用。

基础属性

  • 主颜色
    color:颜色
  • 宽度高度
    width:宽度
    height:高度

  • 填充
    fill_color:填充颜色
    fill_opacity:填充透明度

  • 描边
    stroke_color:描边颜色
    stroke_width:描边宽度
    stroke_opacity:描边透明度

  • 渐变(由白色渐变到定义颜色)
    sheen_factor:渐变比例
    sheen_direction:渐变方向(白色的方向,如UR就是白色在左上)

属性变更

add_background_rectangle():矩形背景
fade(darkness=0.5):变暗
fade_to(color,alpha):变成某透明度颜色
save_state():保存当前状态
restore():还原保存过的状态

属性获取

  • get_corner()
    Obj.get_corner(pos)
    获取某方向上的边界坐标

坐标系统与移动

使用numpy三元数组定义,np.array(0,0,0)

默认定义整个视频的高为8单位,长根据视频比例计算,例如16:9的长约为14.2

宏定义了原点ORIGINLEFTURTOPX_AXIS等等一票基本坐标,详见常量。

因为本质是numpy三元组,所以都支持加减和数乘。

  • move_to()
    Obj.move_to(pos)
    将物体移动到给定的绝对坐标

  • shift()
    Obj.shift(pos)
    将物体相对于当前位置移动

  • next_to()
    Obj1.next_to(Obj2,pos)
    移动到相对于另一个物体(也就是以Obj2为原点)的给定坐标

  • to_edge()
    Obj.to_edge(pos)
    感觉和to_corner()没差啊…
    移动到给定向量方向的边界处

  • scale()
    Obj.scale(A)
    缩放为A倍。

  • rotate()
    Obj.rotate(degree)
    逆时针旋转一定角度,角度是由np.pi定义的,常量中有PI(180°)、TAUI(360°)和DEGREES(1°)。

  • surround()
    Obj1.surround(Obj2)
    自适应坐标和大小包住另一个物体。文档中给Circle用,实测RectangleEllipse也还是能用的。

  • stretch()
    Obj.stretch(a,dim)
    向一个方向压缩,a是比例,dim为1是压缩为横线,0是竖线。

  • wag()
    Obj.wag(self, direction=RIGHT, axis=DOWN, wag_factor=1.0)
    拉伸

出现动画

  • add()
    self.add(Obj)
    直接显示

  • ShowCreationCreate()
    self.play(ShowCreation(Obj))
    平滑地画出,效果超爱

  • FadeIn()
    self.play(FadeIn(Obj))
    平滑淡入

  • GrowFromCenter()
    self.play(GrowFromCenter(Obj))
    从中央缩放出现

强调动画

主要源码

  • Transform()
    self.play(Transform(Obj1,Obj2))
    将一个东西非常平滑地转换为另一个

  • ApplyMethod()
    self.play(ApplyMethod(Obj.method,set))
    下面的所有都是用这个定义出来的,Obj.method是变换函数,set是相应的参数,单参数直接传入即可,如果多参数,可以使用字典传入,例如self.play(ApplyMethod(Obj.set_color,PURPLE))self.play(ApplyMethod(Obj.set_style,{"fill_opacity":0.5}))

  • FadeToColor()
    self.play(FadeToColor(Obj,color))
    渐变为color颜色

  • ScaleInPlace()
    self.play(ScaleInPlace(Obj,A))
    缩放为原来的A倍,如果为0就直接向中央缩放消失了。

  • Rotate()
    self.play(Roate(degree))
    旋转一定角度

  • Rotating()
    self.play(Rotating(Obj))
    旋转

文字

由于文字比较纷繁复杂,单独揪出来了。当然,文字既然叫TextMobject,终究和其他的Mobject是一样的。

整个的转换过程大概是LaTeXdvisvg,然后对svg进行操作。

在3.7中已经可以非常方便地在常量文件中设置TEX_USE_CTEX来开启CTEX,就可以使用中文了。

更多地直接学习LaTeX即可,只是注意因为Python的字符串转义,反斜杠都要双写(或者在字符串前加一个r表示不转义如r"Hello World")。

Text=TextMobject("Hello World")

可以使用Text=TexMobject("Hello World")直接键入公式而无需添加$$

可以用逗号隔开字符串,放入同一个函数中,会合并渲染,这可以方便我们染色。

  • Write()
    self.play(Write(Text))
    帅到炸裂的出场方式

  • set_color_by_gradient
    Text.set_color_by_gradient(RED,GREEN,BLUE)
    设置渐变色

  • set_colors_by_radial_gradient
    Text.set_colors_by_radial_gradient(center=None, radius=1, inner_color=WHITE, outer_color=BLACK)
    设置中心渐变

  • set_color_by_tex
    Text.set_color_by_tex("text",color)
    包含text的字串都会被染色

  • set_color_by_tex_to_color_map
    Text.set_color_by_tex_to_color_map({"text":color,……})
    其实和上一个是一样的,批量而已。

  • arrange_submobjects
    group.arrange_submobjects(direction,buff)
    自适应排列组内元素

坐标系

类需要继承GraphScene,配置这个类下的CONFIG可以更改坐标系参数。

CONFIG = {
    "x_min": -1,
    "x_max": 10,
    "x_axis_width": 9, #屏幕显示宽度
    "x_tick_frequency": 1, #每格宽度
    "x_leftmost_tick": None,  # Change if different from x_min
    "x_labeled_nums": None, #标出坐标的列表,可以用range()生成
    "x_axis_label": "$x$", #轴标志
    "y_min": -1,
    "y_max": 10,
    "y_axis_height": 6,
    "y_tick_frequency": 1,
    "y_bottom_tick": None,  # Change if different from y_min
    "y_labeled_nums": None,
    "y_axis_label": "$y$",
    "axes_color": GREY, #轴颜色
    "graph_origin": 2.5 * DOWN + 4 * LEFT, #原点在屏幕上位置
    "exclude_zero_label": True,
    "default_graph_colors": [BLUE, GREEN, YELLOW], #默认函数颜色
    "default_derivative_color": GREEN,
    "default_input_color": YELLOW,
    "default_riemann_start_color": BLUE,
    "default_riemann_end_color": GREEN,
    "area_opacity": 0.8,
    "num_rects": 50,
}

标出了一些自认为常用一些的参数

  • setup_axes()
    self.setup_axes(animate=Ture)
    初始化画出坐标轴

  • get_graph()
    self.get_graph(func,color=None,x_min=None,x_max=None)
    返回一个函数图像,func是一个函数,可以使用def定义或者用lambda匿名函数。

  • get_vertical_line_to_graph()
    self.get_vertical_line_to_graph(x,graph)
    返回一个图像在x处的垂线。

  • get_graph_label()
    self.get_graph_label(graph,label="f(x)",x_val=None,direction=RIGHT,color=None)
    返回函数标签

  • input_to_graph_point()
    self.input_to_graph_point(x,graph)
    返回某个函数上的点在屏幕上的坐标


文章作者: 卯婴
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