天天敲代碼的朋友，有沒有想過(guò)代碼也可以變得很酷炫又浪漫？今天就教大家用Python模擬出綻放的煙花，工作之余也可以隨時(shí)讓程序?yàn)樽约悍乓粓?chǎng)煙花秀。

這個(gè)有趣的小項(xiàng)目并不復(fù)雜，只需一點(diǎn)可視化技巧，100余行Python代碼和程序庫(kù)Tkinter，最后我們就能達(dá)到下面這個(gè)效果：

學(xué)完本教程后，你也能做出這樣的煙花秀。

整體概念梳理

我們的整個(gè)理念比較簡(jiǎn)單。

如上圖示，我們這里通過(guò)讓畫面上一個(gè)粒子分裂為X數(shù)量的粒子來(lái)模擬爆炸效果。粒子會(huì)發(fā)生“膨脹”，意思是它們會(huì)以恒速移動(dòng)且相互之間的角度相等。這樣就能讓我們以一個(gè)向外膨脹的圓圈形式模擬出煙花綻放的畫面。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，粒子會(huì)進(jìn)入“自由落體”階段，也就是由于重力因素它們開始?jí)嬄涞降孛妫氯艟`放后熄滅的煙花。

基本知識(shí)：用Python和Tkinter設(shè)計(jì)煙花

這里不再一股腦把數(shù)學(xué)知識(shí)全丟出來(lái)，我們邊寫代碼邊說(shuō)理論。首先，確保你安裝和導(dǎo)入了Tkinter，它是Python的標(biāo)準(zhǔn) GUI 庫(kù)，廣泛應(yīng)用于各種各樣的項(xiàng)目和程序開發(fā)，在Python中使用 Tkinter 可以快速的創(chuàng)建 GUI 應(yīng)用程序。

import tkinter as tkfrom PIL import Image, ImageTkfrom time import time, sleepfrom random import choice, uniform, randintfrom math import sin, cos, radians

除了Tkinter之外，為了能讓界面有漂亮的背景，我們也導(dǎo)入PIL用于圖像處理，以及導(dǎo)入其它一些包，比如time，random和math。它們能讓我們更容易的控制煙花粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。

Tkinter應(yīng)用的基本設(shè)置如下：

root = tk.Tk()

為了能初始化Tkinter，我們必須創(chuàng)建一個(gè)Tk()根部件（root widget），它是一個(gè)窗口，帶有標(biāo)題欄和由窗口管理器提供的其它裝飾物。該根部件必須在我們創(chuàng)建其它小部件之前就創(chuàng)建完畢，而且只能有一個(gè)根部件。

w = tk.Label(root, text='Hello Tkinter!')

這一行代碼包含了Label部件。該Label調(diào)用中的第一個(gè)參數(shù)就是父窗口的名字，即我們這里用的“根”。關(guān)鍵字參數(shù)“text”指明顯示的文字內(nèi)容。你也可以調(diào)用其它小部件：Button，Canvas等等。

w.pack()root.mainloop()

接下來(lái)的這兩行代碼很重要。這里的打包方法是告訴Tkinter調(diào)整窗口大小以適應(yīng)所用的小部件。窗口直到我們進(jìn)入Tkinter事件循環(huán)，被root.mainloop()調(diào)用時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。在我們關(guān)閉窗口前，腳本會(huì)一直在停留在事件循環(huán)。

將煙花綻放轉(zhuǎn)譯成代碼

現(xiàn)在我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)象，表示煙花事件中的每個(gè)粒子。每個(gè)粒子都會(huì)有一些重要的屬性，支配了它的外觀和移動(dòng)狀況：大小，顏色，位置，速度等等。

’’’particles 類粒子在空中隨機(jī)生成隨機(jī)，變成一個(gè)圈、下墜、消失屬性: - id: 粒子的id - x, y: 粒子的坐標(biāo) - vx, vy: 在坐標(biāo)的變化速度 - total: 總數(shù) - age: 粒子存在的時(shí)長(zhǎng) - color: 顏色 - cv: 畫布 - lifespan: 最高存在時(shí)長(zhǎng)’’’class part: def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx = 0., vy = 0., size=2., color = ’red’, lifespan = 2, **kwargs): self.id = idx self.x = x self.y = y self.initial_speed = explosion_speed self.vx = vx self.vy = vy self.total = total self.age = 0self.color = color self.cv = cv self.cid = self.cv.create_oval( x - size, y - size, x + size, y + size, fill=self.color) self.lifespan = lifespan

如果我們回過(guò)頭想想最開始的想法，就會(huì)意識(shí)到必須確保每個(gè)煙花綻放的所有粒子必須經(jīng)過(guò)3個(gè)不同的階段，即“膨脹”“墜落”和“消失”。 所以我們向粒子類中再添加一些運(yùn)動(dòng)函數(shù)，如下所示：

def update(self, dt): # 粒子膨脹if self.alive() and self.expand(): move_x = cos(radians(self.id*360/self.total))*self.initial_speed move_y = sin(radians(self.id*360/self.total))*self.initial_speed self.vx = move_x/(float(dt)*1000) self.vy = move_y/(float(dt)*1000) self.cv.move(self.cid, move_x, move_y) # 以自由落體墜落 elif self.alive(): move_x = cos(radians(self.id*360/self.total)) # we technically don’t need to update x, y because move will do the job self.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy+GRAVITY*dt) self.vy += GRAVITY*dt # 如果粒子的生命周期已過(guò)，就將其移除 elif self.cid is not None: cv.delete(self.cid) self.cid = None

當(dāng)然，這也意味著我們必須定義每個(gè)粒子綻放多久、墜落多久。這部分需要我們多嘗試一些參數(shù)，才能達(dá)到最佳視覺效果。

# 定義膨脹效果的時(shí)間幀def expand (self): return self.age <= 1.2# 檢查粒子是否仍在生命周期內(nèi)def alive(self): return self.age <= self.lifespan

使用Tkinter模擬

現(xiàn)在我們將粒子的移動(dòng)概念化，不過(guò)很明顯，一個(gè)煙花不能只有一個(gè)粒子，一場(chǎng)煙花秀也不能只有一個(gè)煙花。我們下一步就是讓Python和Tkinter以我們可控的方式向天上連續(xù)“發(fā)射”粒子。

到了這里，我們需要從操作一個(gè)粒子升級(jí)為在屏幕上展現(xiàn)多個(gè)煙花及每個(gè)煙花中的多個(gè)粒子。

我們的解決思路如下：創(chuàng)建一列列表，每個(gè)子列表是一個(gè)煙花，其包含一列粒子。每個(gè)列表中的例子有相同的x,y坐標(biāo)、大小、顏色、初始速度。

numb_explode = randint(6,10)# 為所有模擬煙花綻放的全部粒子創(chuàng)建一列表for point in range(numb_explode): objects = [] x_cordi = randint(50,550) y_cordi = randint(50, 150) size = uniform (0.5,3) color = choice(colors) explosion_speed = uniform(0.2, 1) total_particles = randint(10,50) for i in range(1,total_particles): r = part(cv, idx = i, total = total_particles, explosion_speed = explosion_speed, x = x_cordi, y = y_cordi, color=color, size = size, lifespan = uniform(0.6,1.75)) objects.append(r)explode_points.append(objects)

我們下一步就是確保定期更新粒子的屬性。這里我們?cè)O(shè)置讓粒子每0.01秒更新它們的狀態(tài)，在1.8秒之后停止更新（這意味著每個(gè)粒子的存在時(shí)間為1.6秒，其中1.2秒為“綻放”狀態(tài)，0.4秒為“墜落”狀態(tài)，0.2秒處于Tkinter將其完全移除前的邊緣狀態(tài)）。

total_time = .0# 在1.8秒時(shí)間幀內(nèi)保持更新while total_time < 1.8: sleep(0.01) tnew = time() t, dt = tnew, tnew - t for point in explode_points: for part in point: part.update(dt) cv.update() total_time += dt

現(xiàn)在，我們只需將最后兩個(gè)gist合并為一個(gè)能被Tkinter調(diào)用的函數(shù)，就叫它simulate()吧。該函數(shù)會(huì)展示所有的數(shù)據(jù)項(xiàng)，并根據(jù)我們?cè)O(shè)置的時(shí)間更新每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的屬性。在我們的主代碼中，我們會(huì)用一個(gè)alarm處理模塊after()調(diào)用此函數(shù)，after()會(huì)等待一定的時(shí)間，然后再調(diào)用函數(shù)。

我們這里設(shè)置讓Tkinter等待100個(gè)單位（1秒鐘）再調(diào)取simulate。

if __name__ == ’__main__’: root = tk.Tk() cv = tk.Canvas(root, height=600, width=600) # 繪制一個(gè)黑色背景 cv.create_rectangle(0, 0, 600, 600, fill='black') cv.pack() root.protocol('WM_DELETE_WINDOW', close) # 在1秒后才開始調(diào)用stimulate() root.after(100, simulate, cv) root.mainloop()

好了，這樣我們就用Python代碼放了一場(chǎng)煙花秀：

本文只一個(gè)簡(jiǎn)單版本，等進(jìn)一步熟悉Tkinter后，還可以添加更多顏色更漂亮的背景照片，讓代碼為你綻放更美的煙花！

以下是全部代碼：

import tkinter as tkfrom PIL import Image, ImageTkfrom time import time, sleepfrom random import choice, uniform, randintfrom math import sin, cos, radians# 模擬重力GRAVITY = 0.05# 顏色選項(xiàng)（隨機(jī)或者按順序）colors = [’red’, ’blue’, ’yellow’, ’white’, ’green’, ’orange’, ’purple’, ’seagreen’, ’indigo’, ’cornflowerblue’]’’’particles 類粒子在空中隨機(jī)生成隨機(jī)，變成一個(gè)圈、下墜、消失屬性: - id: 粒子的id - x, y: 粒子的坐標(biāo) - vx, vy: 在坐標(biāo)的變化速度 - total: 總數(shù) - age: 粒子存在的時(shí)長(zhǎng) - color: 顏色 - cv: 畫布 - lifespan: 最高存在時(shí)長(zhǎng)’’’class Particle: def __init__(self, cv, idx, total, explosion_speed, x=0., y=0., vx=0., vy=0., size=2., color=’red’, lifespan=2, **kwargs): self.id = idx self.x = x self.y = y self.initial_speed = explosion_speed self.vx = vx self.vy = vy self.total = total self.age = 0self.color = color self.cv = cv self.cid = self.cv.create_oval( x - size, y - size, x + size, y + size, fill=self.color) self.lifespan = lifespan def update(self, dt): self.age += dt # 粒子范圍擴(kuò)大 if self.alive() and self.expand(): move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed move_y = sin(radians(self.id * 360 / self.total)) * self.initial_speed self.cv.move(self.cid, move_x, move_y) self.vx = move_x / (float(dt) * 1000) # 以自由落體墜落 elif self.alive(): move_x = cos(radians(self.id * 360 / self.total)) # we technically don’t need to update x, y because move will do the job self.cv.move(self.cid, self.vx + move_x, self.vy + GRAVITY * dt) self.vy += GRAVITY * dt # 移除超過(guò)最高時(shí)長(zhǎng)的粒子 elif self.cid is not None: cv.delete(self.cid) self.cid = None # 擴(kuò)大的時(shí)間 def expand (self): return self.age <= 1.2 # 粒子是否在最高存在時(shí)長(zhǎng)內(nèi) def alive(self): return self.age <= self.lifespan’’’循環(huán)調(diào)用保持不停’’’def simulate(cv): t = time() explode_points = [] wait_time = randint(10, 100) numb_explode = randint(6, 10) # 創(chuàng)建一個(gè)所有粒子同時(shí)擴(kuò)大的二維列表 for point in range(numb_explode): objects = [] x_cordi = randint(50, 550) y_cordi = randint(50, 150) speed = uniform(0.5, 1.5) size = uniform(0.5, 3) color = choice(colors) explosion_speed = uniform(0.2, 1) total_particles = randint(10, 50) for i in range(1, total_particles): r = Particle(cv, idx=i, total=total_particles, explosion_speed=explosion_speed, x=x_cordi, y=y_cordi, vx=speed, vy=speed, color=color, size=size, lifespan=uniform(0.6, 1.75)) objects.append(r) explode_points.append(objects) total_time = .0 # 1.8s內(nèi)一直擴(kuò)大 while total_time < 1.8: sleep(0.01) tnew = time() t, dt = tnew, tnew - t for point in explode_points: for item in point: item.update(dt) cv.update() total_time += dt # 循環(huán)調(diào)用 root.after(wait_time, simulate, cv)def close(*ignore): '''退出程序、關(guān)閉窗口''' global root root.quit()if __name__ == ’__main__’: root = tk.Tk() cv = tk.Canvas(root, height=400, width=600) # 選一個(gè)好看的背景會(huì)讓效果更驚艷！ image = Image.open('./image.jpg') photo = ImageTk.PhotoImage(image) cv.create_image(0, 0, image=photo, anchor=’nw’) cv.pack() root.protocol('WM_DELETE_WINDOW', close) root.after(100, simulate, cv) root.mainloop()

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