用 Python 创作酷炫的几何图形
1. 什么是turtleturtle又称为海龟绘图，是Wally Feurzeig, Seymour Papert 和 Cynthia Solomon 于 1967 年所创造的 Logo 编程语言的python实现。turtle是基于tkinter图形界面设计的。
turtle模拟了人在画布前画画的过程：给你一支笔(Pen)， 下笔(pendown)，移动画笔绘制你的图形，然后填色等等。turtle提供了几种简单的命令，通过组合他们的顺序，只要够耐心，turtle可以画出令人惊叹的作品，很适合用来引导小朋友学习编程。
先来感受下作品：
http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_202106161018181uH8f.png
2. turtle例子
我们通过一个简单的例子来了解turtle的基本操作
import turtle
# screen 画布属性设置
canvas = turtle.Screen()
canvas.bgcolor("white")
# 画笔设置
pen = turtle.Pen()
pen.hideturtle()
pen.color('red', 'yellow')
# 开始画第一个部分，并填充颜色
pen.begin_fill()
while True:
pen.forward(200)
pen.left(170)
if abs(pen.pos()) < 1:
break
pen.end_fill()
# 提笔， 移动位置，画第二个部分
pen.penup()
pen.goto(-100, -100)
pen.pendown()
for i in range(5):
pen.forward(30) #长度300像素
pen.right(144) #转角144度
turtle.done() http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_202106161019061Ltnk.png
从上面可知turtle有两个部分组成画笔Turtle 和 画布Screen, Turtle在Screen上移动来作画。
需要注意的是，turtle起始的位置是(0, 0),位于画布中心，左边和下边的坐标为负值。
画笔Turtle重要操作：
画笔申明：如果画笔上有很多画笔需要 申明 turtle.Pen()，否则 默认是一个画笔，无需申明，如turtle.forward(50)就是表示画笔向前移动50
画笔颜色：color('red', 'yellow')， 第一个red表示画笔颜色， yellow表示填充颜色
填充的范围：begin_fill()和end_fill()之间的部分
画笔的移动：forward是向前多少距离，left是向左角度， 与之对应的是向后backward 和向右right。goto()是移动到某个坐标值
画笔的当前属性：如位置pos()即海龟当前的坐标 (x,y) ，还有如朝向角度值：heading()
画笔的控制：penup和pendown，默认画笔是在pendown状态下，只要有移动就会在画布上画出图形，如果需要调整位置，在另外一个位置下笔，需要先penup，否则移动画笔时也会有线条出来。这个和现实中画画是一样的。
画笔的可见性：正常情况下画笔时一个箭头的形状，可以通过hideturtle()和showturtle()隐藏和显示画笔
Screen重要操作：
设置背景颜色：bgcolor("white")
3. 其他turtle功能
除了上面例子中涉及到turtle常用功能函数，还有一些重要的功能。
圆形circle() 前面的例子给出的是直线的例子(直线可以构成三角形，多边形等)，另外一个重要的图形是圆形turtle.circle(radius, extent=None, steps=None)
我们来看一个太极的例子：
import turtle
from turtle import *#从turtle中导出所有模块
radius = 100 #半径为100
color("black", "black")#画线颜色黑色，填充颜色黑色
begin_fill()#开始填充
circle(radius/2, 180)#逆时针画圈，半径为50,180°
circle(radius, 180)#逆时针画圈，半径为100,180°
left(180)#转向180°
circle(-radius/2, 180)#顺时针画圈，半径50,180°
end_fill()#填充结束
#移动到画太极图黑色的小圈位置，开始画小白圈
left(90)#左转向90°，海龟头垂直水平线向上
penup()#提笔，不留痕迹
forward(radius*0.35)#向前，半径的0.35=35像素
right(90)#右转向90°，海龟头与右侧水平线同向
pendown()#落笔，开始画线
#开始画太极图黑色部分的小白圈
color("white", "white")#画线颜色为白色，填充颜色为白色
begin_fill()#开始填充
circle(radius*0.15)#逆时针画圈，半径的0.15=15像素（35+15+15+35=100）
end_fill() #填充结束
left(90)#左转向90°
penup()#提笔，不留痕迹
backward(radius*0.7)#后退往下走，为半径的0.7=70，此时海龟头朝上与水平垂直
pendown()#落笔，开始留下痕迹
left(90)#左转90°，此时海龟头与左侧水平同向
#开始画太极图白色部分里的小黑圈
color("black", "black")#画线颜色为黑色，填充为黑色
begin_fill()#开始填充
circle(radius*0.15)#开始逆时针画圈，半径的0.15=15个像素
end_fill() #填充完毕
right(90)#再右转90°，此时海龟头垂直水平线向上
penup()#提笔，不留痕迹
backward(radius*0.65)#后退为半径的0.65=65个像素，往下到达太极图黑色半圈的底点处
right(90)#右转90°，海龟头与右侧水平线同向
pendown()#落笔，开始留下痕迹
circle(radius, 180)#逆时针画圈，半径100,180°，画太极图的白色部分的大圈
hideturtle()#隐藏笔头hideturtle
turtle.done() radius:半径， radius 为正值则朝逆时针方向绘制圆弧，否则朝顺时针方向
extent：表示是否画部分的圆，如半圆是180，默认是一整个圆
steps：是表示画圆用多少个多边形来画。圆其实是无穷多个多边形来近似得到。不过一般情况下，一定程度的多边形，肉眼就会人为圆的幅度是光滑的。
http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_202106161019311RDdR.png
可以看出太极图有2个小半圆和2个大半圆，以及2个更小的整圆构成。
动画控制 turtle绘制图像的过程其实是动态的，每绘制一个部分画面可以理解为一个视频帧，画完视频就结束。所以turtle除了可以绘制图形，还可以用来做动画演示或者交互游戏也是可以。下面以一个例子说明下:
import turtle, time
# 初始不更新画面
turtle.tracer(0)
# 地板墙
wall = turtle.Pen()
wall.pencolor('red')
wall.pensize(10)
wall.hideturtle()
wall.penup()
wall.goto(-300, -200)
wall.pendown()
wall.forward(600)
# 小球
R = 15
ball = turtle.Turtle('circle')
ball.shapesize(R / 10)
ball.penup()
pos_x, pos_y =
pos_x, pos_y = ball.pos()
ball.goto(pos_x, pos_y)
wall_x, wall_y = wall.pos()
# 球参数
FPS = 60# 每秒60帧
G = 0.03# 模拟重力加速度
DRAG = 0.9956 # 阻力
v_y = 1 # 初始速度
while True:
# 清除印章
ball.clearstamps()
v_y += G# 模拟重力加速度
if pos_y - R - 10 < wall_y:# 撞地面
v_y *= -1
pos_x, pos_y = pos_x, pos_y - v_y
ball.goto(pos_x, pos_y)
v_y = v_y * DRAG
# 通过印章显示球
ball.stamp()
# 更新画面信息
turtle.update()
time.sleep(1 / FPS) http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_202106161019521qyrQ.gif
4. 更多的例子
玫瑰曲线
from turtle import *
from math import *
color("red")
def draw(a,end):
t=0
while t<(14*end):
x=a*sin(t*3.14)*cos(t)
y=a*sin(t*3.14)*sin(t)
goto(x,y)
t=t+0.03
draw(100,3.14)
done() http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_202106161021011gwY4.png
螺旋
import turtle
t=turtle.Pen()
for x in range(360):
t.forward(x)
t.left(59)
done() http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_202106161021221OKRk.png
扇子
from turtle import *
forward(200)
left(90)
fillcolor('red')
begin_fill()
circle(100,180)
end_fill()
left(90)
forward(100)
for i in range(17):
left(10)
pencolor('yellow')
forward(100)
backward(100)
left(100)
pensize(10)
pencolor('red')
forward(100)
hideturtle()
done() http://www.51testing.com/attachments/2021/06/15326880_2021061610214215YGF.png
5. 总结
本文分享了python的logo语言turtle库，可以绘制图画和动画。总结如下：
· turtle两个重要元素：画布Screen和画笔Turtle
· 默认当前为一个画笔，turtle.Pen()申明多个画笔
· 画笔属性：颜色color， 大小pensize，位置pos
· 画笔填充:begin_fill()和end_fill()
· 画笔移动：前后forward和backward， 角度left和right
· 圆形画笔：circle
· 画笔控制：penup 和pendown
· 动画控制：update和trace追踪
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