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manim边学边做--带箭头直线

2024-09-02 12:00:04极客资料围观24

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带箭头的直线就是有方向的直线,既可以用来表示矢量,也可以用来标记某个关键位置。
manim中提供了4种常用的带箭头的直线模块:

  1. Arrow:单箭头的直线
  2. DoubleArrow:双箭头的直线
  3. LabeledArrow:带标签的直线
  4. Vector:向量

其中,DoubleArrowLabeledArrowVector都继承自Arrow模块,
Arrow模块继承自上一次介绍的Line模块。

Vector表面看起来Arrow一样,也是一个单箭头直线,它们的主要区别在于:
Arrow需要设置起点终点,而Vector只要设置终点,它的的起点固定为坐标系原点
image.png
带箭头直线系列的模块位于manim中的Mobject之下。

1. 主要参数

Arrow模块的主要参数有:

参数名称 类型 说明
start Point3D 起点
end Point3D 终点
stroke_width float 箭头的粗细
buff float 箭头的长短
max_tip_length_to_length_ratio float 箭头大小与线的粗细的比例,此值越大,箭头相对于线越大
max_stroke_width_to_length_ratio float 线的粗细与箭头大小的比例,此值越大,线相对于箭头线越粗
tip_shape VMobject 箭头的类型,本质就是一个几何对象

其中,startend参数继承自Line模块。

DoubleArrow模块的参数与Arrow基本一致,只是它两头都有箭头。

Vector模块的主要参数有:

参数名称 类型 说明
direction Point2D/Point3D 向量的方向,相当于终点

Vector模块只需要设置终点,也就是direction。其他参数可以参考Arrow模块。

模块LabeledArrow可以在箭头直线上加一个便签,用于添加额外的说明信息。

参数名称 类型 说明
label str 标签中文字,可支持数学公式
label_position float 标签位置,默认在直线正中间
font_size float 标签字体大小
label_color Color 标签颜色
label_frame bool 是否显示标签背景
frame_fill_color Color 标签背景颜色
frame_fill_opacity float 标签背景透明度

2. 主要方法

Arrow模块的主要方法有:

名称 说明
get_default_tip_length 获取箭头的长度
get_normal_vector 获取向量的法线
reset_normal_vector 重置向量的法线
scale 缩放向量

DoubleArrowLabeledArrow的方法和Arrow一样。

Vector除了上面Arrow的方法,还有一个自己特有的方法:

名称 说明
coordinate_label 基于向量的坐标显示向量的值

比如:

class ArrowExample(Scene):
    def construct(self):
        vec_1 = Vector([1, 3])
        vec_2 = Vector([-2, -2])
        label_1 = vec_1.coordinate_label(color=BLUE)
        label_2 = vec_2.coordinate_label(color=YELLOW)

        self.add(vec_1, vec_2, label_1, label_2)

vector.png

3. 使用示例

3.1. 箭头和线的比例

通过buffmax_stroke_width_to_length_ratiomax_tip_length_to_length_ratio参数,
可以调整箭头和直线的比例,使之符合不同动画场景的需要。

# buff
vg = VGroup()
for buff in np.arange(0, 2, 0.5):
    vg.add(
        Arrow(
            buff=buff,
            start=2 * LEFT,
            end=2 * RIGHT,
        )
    )

vg.arrange(DOWN)
vg.move_to(2.5 * LEFT)
self.play(Create(vg), run_time=run_time)

# max_stroke_width_to_length_ratio
vg = VGroup()
for i in np.arange(0, 5, 1):
    vg.add(
        Arrow(
            max_stroke_width_to_length_ratio=i,
        ),
    )

vg.arrange(DOWN)
self.play(Create(vg), run_time=run_time)

# max_tip_length_to_length_ratio
vg = VGroup()
for i in np.arange(0, 0.3, 0.06):
    vg.add(
        Arrow(
            max_tip_length_to_length_ratio=i,
        ),
    )

out.gif

3.2. 箭头的样式

箭头的样式不仅仅只有三角形,manim中内置了多种不同的箭头样式。

Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowCircleFilledTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowCircleTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowSquareFilledTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowSquareTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowTriangleFilledTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowTriangleTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=StealthTip,
)

out.gif

3.3. 向量的样式

向量是一种特殊的带箭头直线,它的起点默认在坐标原点。
其他的属性也可以和上面带箭头的一样进行设置。

vec1 = Vector([1, 1], color=BLUE)

vec2 = Vector(
    [-2, 1],
    color=RED,
    tip_shape=ArrowSquareTip,
)
label2 = vec2.coordinate_label(color=RED)

vec3 = Vector([2, -1.5], color=GREEN)

out.gif

3.4. 带标签的箭头

最后,带箭头的直线和普通的直线一样,也可以添加标签信息,用于对直线进行说明。

LabeledArrow(
    label="y=kx+b",
    font_size=25,
    start=start,
    end=end,
)
LabeledArrow(
    label=txt1,
    start=start,
    end=end,
)
LabeledArrow(
    label="z=\sqrt{x^2+y^2}",
    font_size=25,
    start=start,
    end=end,
    label_color=RED,
    label_frame=False,
)
LabeledArrow(
    label=txt2,
    start=start,
    end=end,
    frame_fill_color=GREEN,
    frame_fill_opacity=0.8,
)

out.gif

4. 附件

文中完整的代码放在网盘中了(arrow.py),
下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)


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