用Python画烟花简单

图像处理和可视化是Python最有趣的领域之一。在这方面，烟花是一个很有趣的主题，因为它不仅涉及到图像处理，还涉及到颜色控制、随机数据生成、数学函数和物理学等多个领域。在本文中，我们将使用Python Matplotlib库和NumPy库来绘制简单的烟花画面。此外，我们还将使用随机函数和三角函数来模拟烟花的不同部分的运动。

一、绘制一个简单的烟花

要绘制一个简单的烟花，我们需要分解它的部分，例如爆炸、火花和光芒。我们将使用matplotlib库来绘制所有的部分。下面是一个绘制简单烟花的代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure(facecolor='black')
ax = fig.add_subplot(111, frameon=False)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])

# 爆炸部分
x, y = np.random.normal(0, 0.5, (2, 1000))
ax.plot(x, y, 'o', markersize=15, color='white', alpha=0.5)

# 火花部分
theta = np.linspace(0, np.pi*2, 200)
radius = 0.25 + np.random.rand(200)*0.15
offset_x = np.cos(theta) * radius
offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
ax.plot(offset_x, offset_y, 'o', markersize=3, color='white', alpha=0.5)

# 光芒部分
for i in range(10):
    alpha = 0.1 + i/10 * 0.2
    radius = 0.5 + i*0.1
    offset_x = np.cos(theta) * radius
    offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
    ax.plot(offset_x, offset_y, '-', linewidth=2, color='white', alpha=alpha)

plt.show()

在上面的代码中，我们首先创建了一个黑色背景的Matplotlib图形，并添加了一个子图来绘制整个烟花。然后，我们使用NumPy库生成不同的随机数据来模拟爆炸、火花和光芒等不同部分的效果，最后将这些部分添加到子图中。

二、添加颜色

为了使烟花更有趣，我们可以为每个部分添加颜色。下面是一个带有颜色的简单烟花的代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure(facecolor='black')
ax = fig.add_subplot(111, frameon=False)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])

# 爆炸部分
x, y = np.random.normal(0, 0.5, (2, 1000))
color = np.random.rand(3)
ax.plot(x, y, 'o', markersize=15, color=color, alpha=0.5)

# 火花部分
theta = np.linspace(0, np.pi*2, 200)
radius = 0.25 + np.random.rand(200)*0.15
offset_x = np.cos(theta) * radius
offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
color = np.random.rand(3)
ax.plot(offset_x, offset_y, 'o', markersize=3, color=color, alpha=0.5)

# 光芒部分
for i in range(10):
    alpha = 0.1 + i/10 * 0.2
    radius = 0.5 + i*0.1
    offset_x = np.cos(theta) * radius
    offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
    color = np.random.rand(3)
    ax.plot(offset_x, offset_y, '-', linewidth=2, color=color, alpha=alpha)

plt.show()

在上面的代码中，我们为每个部分创建了一个随机的RGB颜色，并将其应用到相应的部分。这使得烟花更加多彩和有趣。

三、添加运动

为了模拟真实的烟花效果，我们还可以添加运动效果。为了实现这一点，我们需要使用三角函数来模拟烟花爆炸部分的运动和火花部分的旋转。下面是一个添加运动的简单烟花的代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure(facecolor='black')
ax = fig.add_subplot(111, frameon=False)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])

# 爆炸部分
x, y = np.random.normal(0, 0.5, (2, 1000))
color = np.random.rand(3)
ax.plot(x, y, 'o', markersize=15, color=color, alpha=0.5)

# 火花部分
theta = np.linspace(0, np.pi*2, 200)
radius = 0.25 + np.random.rand(200)*0.15
offset_x = np.cos(theta) * radius
offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
color = np.random.rand(3)
ax.plot(offset_x, offset_y, 'o', markersize=3, color=color, alpha=0.5)

# 光芒部分
for i in range(10):
    alpha = 0.1 + i/10 * 0.2
    radius = 0.5 + i*0.1
    offset_x = np.cos(theta) * radius
    offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
    color = np.random.rand(3)
    ax.plot(offset_x, offset_y, '-', linewidth=2, color=color, alpha=alpha)

# 烟花爆炸部分的运动
for i in range(100):
    x, y = np.random.normal(0, 0.5, (2,500))
    x *= i/100
    y *= i/100
    color = np.random.rand(3)
    ax.plot(x, y, 'o', markersize=15, color=color, alpha=0.5)

# 火花部分的旋转
for i in range(30):
    theta += np.pi/15
    offset_x = np.cos(theta) * radius
    offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
    color = np.random.rand(3)
    ax.plot(offset_x, offset_y, 'o', markersize=3, color=color, alpha=0.5)

plt.show()

在上面的代码中，我们添加了两个循环来模拟爆炸部分的运动和火花部分的旋转。我们使用了三角函数来计算偏移量和旋转角度。这使得烟花更加逼真和动态。

四、添加用户交互

最后，我们还可以添加一些用户交互功能，使得用户可以与我们的烟花进行交互。下面是一个添加用户交互的简单烟花的代码：

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure(facecolor='black')
ax = fig.add_subplot(111, frameon=False)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])

# 爆炸部分
x, y = np.random.normal(0, 0.5, (2, 1000))
color = np.random.rand(3)
ax.plot(x, y, 'o', markersize=15, color=color, alpha=0.5)

# 火花部分
theta = np.linspace(0, np.pi*2, 200)
radius = 0.25 + np.random.rand(200)*0.15
offset_x = np.cos(theta) * radius
offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
color = np.random.rand(3)
sparkles, = ax.plot(offset_x, offset_y, 'o', markersize=3, color=color, alpha=0.5)

# 光芒部分
for i in range(10):
    alpha = 0.1 + i/10 * 0.2
    radius = 0.5 + i*0.1
    offset_x = np.cos(theta) * radius
    offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
    color = np.random.rand(3)
    ax.plot(offset_x, offset_y, '-', linewidth=2, color=color, alpha=alpha)

# 烟花爆炸部分的运动
for i in range(100):
    x, y = np.random.normal(0, 0.5, (2,500))
    x *= i/100
    y *= i/100
    color = np.random.rand(3)
    ax.plot(x, y, 'o', markersize=15, color=color, alpha=0.5)

# 火花部分的旋转
for i in range(30):
    theta += np.pi/15
    offset_x = np.cos(theta) * radius
    offset_y = np.sin(theta) * radius + 0.5
    color = np.random.rand(3)
    sparkles.set_xdata(offset_x)
    sparkles.set_ydata(offset_y)
    sparkles.set_color(color)
    plt.draw()
    plt.pause(0.05)

plt.show()

在上面的代码中，我们将火花部分的绘图对象存储在变量sparkles中，然后在循环中更新其位置和颜色。这允许用户在烟花爆炸后通过交互来控制火花的运动。我们还使用了plt.draw()和plt.pause()函数来动态更新图形，以使交互更加流畅。

总结

在本文中，我们通过使用Python Matplotlib库和NumPy库，演示了如何在烟花领域中绘制简单的烟花效果。我们从多个方面探讨了如何添加颜色、运动和用户交互等效果，使得烟花更加真实和动态。Python的易用性和强大的功能使得在图像处理和可视化领域中探索更多更有趣的主题成为可能。