怎么用Python 3D技術制作元宵節走馬花燈

這篇文章主要講解了“怎么用Python 3D技術制作元宵節走馬花燈”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“怎么用Python 3D技術制作元宵節走馬花燈”吧！

效果圖：

二、原材料

2.1 花燈紙

可以加上自己喜歡的圖案、文字等。

2.2 Python環境和模塊

一臺安裝了 Python 環境的電腦，Python 環境需要安裝以下模塊。

• numpy

• pillow

• wxgl

如果沒有上述模塊，請參考下面的命令安裝。

pip install numpy
pip install pillow
pip install wxgl

NumPy 和 pillow 是 Python 旗下最常用的科學計算庫和圖像處理庫，屬于常用模塊。WxGL 是一個基于 PyOpenGL 的三維數據可視化庫，以 wx 為顯示后端，提供 Matplotlib 風格的交互式應用模式，同時，也可以和 wxPython 無縫結合，在 wx 的窗體上繪制三維模型。

三、制作工序

花燈制作工序非常簡單，只需要三十行代碼，可以直接在 Python IDLE 中以交互方式逐行執行。

3.1 導入模塊

>>> import numpy as np
>>> from PIL import Image
>>> import wxgl.wxplot as plt

3.2 打開花燈紙圖像

>>> fn = r'D:\temp\light0115\res\paper.png'
>>> im = np.array(Image.open(fn))/255
>>> im.shape
(400, 942, 3)

fn 定義的是圖像存儲路徑，請據實修改。Image.open(fn)打開文件，返回一個 PIL 對象，np.array() 將 PIL 對象轉成 numpy.ndarray 數組對象。除以255，將圖像數據從 0 到 255 的值域范圍變成0到1，適應 WxGL 的接口要求。查看數組的 shape，顯示圖像分辨率為400 像素高、942 像素寬，每個像素有三種顏色（此處為RGB）。

3.3 根據花燈紙的大小制作龍骨

紙長 942 像素，卷成圓筒，半徑就是 149.9 像素，如果把半徑視為1個單位，則高度 400 像素相當于 2.668 個單位。

>>> rows, cols, deep = im.shape
>>> cols/(2*np.pi)
149.9239563925654
>>> r = 1
>>> h = 2*np.pi*rows/cols
>>> h
2.6680192387174464

接下來需要制作半徑1個單位、高度2.668個單位的圓筒狀龍骨了。

>>> theta = np.linspace(0, 2*np.pi, cols)
>>> x = r * np.cos(theta)
>>> y = r * np.sin(theta)
>>> z = np.linspace(0, h, rows)
>>> xs = np.tile(x, (rows,1))
>>> ys = np.tile(y, (rows,1))
>>> zs = z.repeat(cols).reshape((rows,cols))

這里的 xs、ys、zs 就是圓筒狀龍骨上各個點的x坐標、y坐標、z坐標。下面的代碼，每隔10個點抽取1個點，用 mesh 的方法畫出龍骨形狀。當然，也可以畫出全部的點，那樣頂點就會連成一片。

>>> plt.mesh(xs[::10,::10], ys[::10,::10], zs[::10,::10], mode='FLBL')
>>> plt.show()

3.4 給龍骨貼上花燈紙

有了龍骨，接下來就可以把花燈紙貼在龍骨上了。繼續操作之前，記得先把剛才彈出的3D龍骨窗口關閉。

>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im)
>>> plt.show()

不過，你會立刻發現，花燈紙上下方向貼反了。沒關系，我們可以像下面這樣反轉方向。

>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1])
>>> plt.show()

3.5 制作旋轉葉輪

走馬燈之所以能夠轉動，是因為里面有蠟燭加熱形成上升氣流，推動頂部的葉輪旋轉，從而帶動花燈旋轉。當然，這里的葉輪僅僅是個樣子，花燈旋轉依賴另外的機制實現。

>>> theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 18, endpoint=False)
>>> x = r * np.cos(theta)
>>> y = r * np.sin(theta)
>>> x[2::3] = x[1::3]
>>> x[1::3] = 0
>>> y[2::3] = y[1::3]
>>> y[1::3] = 0
>>> z = np.ones(18) * h * 0.9
>>> vs = np.stack((x,y,z), axis=1)
>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1])
>>> plt.surface(vs, color='#C03000', method='T', mode='FCBC', alpha=0.8)
>>> plt.show()

葉輪設計有6片，用三角形模擬，顏色深紅，透明度0.8，整體效果略顯粗糙了一點。

3.6 加上照明燈和提系

照明燈用一個白色的圓球表示，提系則是紅色的一條直線，兼做照明燈的電源線。

>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1])
>>> plt.surface(vs, color='#C03000', method='T', mode='FCBC', alpha=0.8)
>>> plt.sphere((0,0,h*0.4), 0.4, '#FFFFFF', slices=60, mode='FCBC')
>>> plt.plot((0,0), (0,0), (0.4*h, 1.5*h), width=3.0, style='solid', cmap='hsv', caxis='z')

3.7 讓花燈轉起來

花燈旋轉的實現非常簡單，只需要給 show 方法一個 rotation 參數就可以。

plt.show(rotation='h-')

四、完整源代碼

有了上面的解說，完整的源代碼就不用注釋了。全部代碼三十余行，各位可自行擴展，制作出更多的花燈來。

# -*- coding: utf-8 -*-

import numpy as np
from PIL import Image
import wxgl.wxplot as plt

im = np.array(Image.open('res/paper.png'))/255
rows, cols, deep = im.shape

r, h = 1, 2*np.pi*rows/cols
theta = np.linspace(0, 2*np.pi, cols)
x = r*np.cos(theta)
y = r*np.sin(theta)
z = np.linspace(0, h, rows)
xs = np.tile(x, (rows,1))
ys = np.tile(y, (rows,1))
zs = z.repeat(cols).reshape((rows,cols))

theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 18, endpoint=False)
x = r*np.cos(theta)
y = r*np.sin(theta)
x[2::3] = x[1::3]
x[1::3] = 0
y[2::3] = y[1::3]
y[1::3] = 0
z = np.ones(18) * h * 0.9
vs = np.stack((x,y,z), axis=1)

plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1])
plt.surface(vs, color='#C03000', method='T', mode='FCBC', alpha=0.8)
plt.sphere((0,0,h*0.4), 0.4, '#FFFFFF', slices=60, mode='FCBC')
plt.plot((0,0), (0,0), (0.4*h, 1.5*h), width=3.0, style='solid', cmap='hsv', caxis='z')
plt.show(rotation='h-')

感謝各位的閱讀，以上就是“怎么用Python 3D技術制作元宵節走馬花燈”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對怎么用Python 3D技術制作元宵節走馬花燈這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！