【Python】Python视频制作工具Manim入门，基础形状详细介绍
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2022-02-26 18:09
来源：Python数据之道 (ID:PyDataLab)作者：阳哥
01写在前面
最近几个月，我在微信视频号「价值前瞻」和「Python数据之道」发布了一些视频，有不少同学问到这些视频是怎么做的，用什么工具制作的。
在文章 用 python 制作高逼格的数学动画 中，我跟大家介绍了 Manim 这个视频制作工具，以及以及案例演示。
不少同学觉得这个工具不错，问到有没有完整的使用教程或者相关书籍。据我所知，目前应该是没有专门的书籍来介绍这个工具的。至于教程，不同版本的Manim有一部分文档，其中 Manim社区版的文档相对而言要完善些。
本次，我将基于 Manim社区版(Manim Community)给大家分享Manim入门的第一部分，基础形状的使用。
本次使用的版本为 Manim Community v0.14.0，文中介绍的基础形状如下：
02Manim的安装与运行
安装
如何安装社区版Manim，参见下面的官方链接：
https://docs.manim.community/en/stable/installation.html
如何运行 Manim
用 Manim 绘制图形，首先需要引入 Manim 库，然后将需要绘制的内容封装到一个 类(class) 里面。
社区版的导入代码如下：
from manim import *
对于 编辑好的程序文件（ XXXX.py 文件），需要在同一个文件夹下运行命令来运行程序，命令格式如下：
manim -pql XXXX.py DemoSquare
上面的命令行中：
manim是社区版Manim运行程序的主要标志用语；p表示程序运行后会进行预览（图片或视频）；ql表示低质量（quality low）, 其他的选项有-ql,-qm,-qh,-qk, 分别表示 低质量、正常质量、高质量、4K质量；XXXX.py是py代码文件；DemoSquare 是 py代码文件中的一个类；
演示过程录屏如下：
命令行中，还有其他许多参数可以设置，可以通过社区版的支持文档来进一步了解：
https://docs.manim.community/en/stable/tutorials/configuration.html#command-line-arguments
03Manim 的基础形状介绍
通用属性
Manim 中基础形状有些属性和方法，对于大部分形状是通用的，因此在介绍具体的形状之前，在这里通过 正方形 来讲解下形状的基础用法。
在下面的案例中，实现了对正方形的边框颜色设置、线宽度设置、填充颜色、旋转、大小变换等。
# manim -pql manimce-intro-01.py DemoSquare
class DemoSquare(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
r = 1
sq1 = Square(
side_length=2 * r,
color=BLUE,
)
sq1.to_corner(UL,buff=2)
self.add(sq1)
self.wait()
sq2 = Square(
side_length=2 * r,
color=BLUE,
stroke_width=10, # 设置边框线的粗细
)
sq2.next_to(sq1,RIGHT,buff=1)
self.add(sq2)
self.wait()
sq3 = Square(
side_length=2 * r,
color=BLUE,
fill_color=ORANGE, # 设置填充颜色
fill_opacity=0.5, # 设置透明度
)
sq3.next_to(sq2,RIGHT,buff=1)
self.add(sq3)
self.wait()
# 形状大小变换
sq4 = sq1.copy()
sq4.scale(0.6) # 缩小到 60%
sq4.next_to(sq1,DOWN,buff=0.5)
self.add(sq4)
self.wait()
# 形状旋转
sq5 = sq2.copy()
sq5.rotate(45*DEGREES) # 旋转45度
sq5.next_to(sq2,DOWN,buff=0.5)
self.add(sq5)
self.wait()
演示效果如下：
点
对于 点 ， manim 中目前有几种不一样的形状可以来展示，包括：
Dot AnnotationDot LabeledDot
class DemoDot(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
g = Group(
# 点
Dot(color=PINK),
AnnotationDot(stroke_color=YELLOW, fill_color=BLUE,fill_opacity=1),
# 带文字标签的点
LabeledDot(Tex("2022", color=RED)),
LabeledDot(MathTex("a", color=GREEN)),
LabeledDot(Text("Python数据之道", color=BLUE)).scale(0.3),
LabeledDot("Lemon"),
)
g.arrange(RIGHT,buff=0.5).scale(1.5)
g[:2].move_to(UP*1.5)
g[2:].next_to(g[:2],DOWN,buff=1)
for shape in g:
self.add(shape)
self.wait(0.5)
演示效果如下：
线
在这里，线 的形状，包括 直线、虚线、箭头、双箭头、弯曲的箭头等，如下：
Line DashedLine Arrow DoubleArrow CurvedArrow
class DemoLine(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
g = Group(
# 线
Line(0.5*LEFT,0.5*RIGHT,color=YELLOW),
# 虚线
DashedLine(0.5*LEFT,0.5*RIGHT,color=TEAL),
# 箭头
Arrow(color=BLUE),
Arrow(color= BLUE, tip_shape=ArrowCircleFilledTip), # ArrowCircleTip
Arrow(color= BLUE, tip_shape=ArrowSquareTip),# ArrowSquareFilledTip
# 双箭头
DoubleArrow(color=BLUE),
# 弯曲的箭头
CurvedArrow(LEFT,RIGHT,angle=90*DEGREES,color= BLUE),
)
g.arrange(RIGHT,buff=0.5)
g[:3].move_to(UP*1.5)
g[3:].next_to(g[:3],DOWN,buff=1)
for shape in g:
self.add(shape)
self.wait(0.5)
演示效果如下：
圆形
圆形包括 圆、圆环、扇形、椭圆、弧形等，如下：
Circle Annulus Ellipse Sector Arc ArcBetweenPoints
class DemoCircle(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
g = Group(
# 圆形
Circle(radius=0.8,color=YELLOW,fill_color=BLUE,fill_opacity=1),
# 圆环
Annulus(inner_radius=0.7, outer_radius=1,fill_color= DARK_BLUE, stroke_color=YELLOW, stroke_width=4),
# 椭圆
Ellipse(color= BLUE),
# 扇形
Sector(inner_radius=0.7, outer_radius=1,fill_color= BLUE, stroke_color=YELLOW, stroke_width=4),
# 弧形
Arc(radius=1.3, start_angle=-PI/8, angle=PI,color= BLUE),
ArcBetweenPoints(start=2 * RIGHT, end=2*LEFT, stroke_color=BLUE) ,
)
g.arrange(RIGHT,buff=0.5)
g[:3].move_to(UP*1.5)
g[3:].next_to(g[:3],DOWN,buff=1)
for shape in g:
self.add(shape)
self.wait(0.5)
演示效果如下：
下面的这个视频，就是基于 扇形（Sector）来制作的。
矩形
矩形类的形状，是咱们经常使用到的一类图形，在 manim 中包括：
Rectangle RoundedRectangle Square
class DemoRect(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
g = Group(
# 矩形
Rectangle(width=1,height=0.6,color=BLUE,fill_color=ORANGE,fill_opacity=1),
Rectangle(width=1,height=0.6,color=BLUE,grid_xstep=0.5,grid_ystep=0.2),
# 圆角矩形
RoundedRectangle(corner_radius=0.3,width=1,height=0.6,fill_color=PURPLE,fill_opacity=1),
# 正方形
Square(
side_length=1,
color=BLUE,
fill_color=ORANGE, # 设置填充颜色
fill_opacity=0.5, # 设置透明度
),
)
g.arrange(RIGHT,buff=0.5).scale(2)
for shape in g:
self.add(shape)
self.wait(0.5)
演示效果如下：
多边形
多边形性，相对来说要复杂些，主要是需要设置边缘点的位置，在manim中有多种方式来表示多边形，包括：
Triangle Polygon RegularPolygon Star Polygram RegularPolygram
class DemoPolygon(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
g = Group(
# 正三角形
Triangle(radius=2,color=BLUE),
# 三角形
Polygon([-5, 1.5, 0], [-2, 1.5, 0], [-3.5, -2, 0]),
# 多边形
Polygon([-5, 1.5, 0], [-2, 1.5, 0], [-2.5, -2, 0], [-4.5, -1.5, 0]),
#正多边形
RegularPolygon(n=6,color=BLUE),
# 星型
Star(color=BLUE),
#多边形
Polygram(
[[0, 2, 0], [-np.sqrt(3), -1, 0], [np.sqrt(3), -1, 0]],
[[-np.sqrt(3), 1, 0], [0, -2, 0], [np.sqrt(3), 1, 0]],),
RegularPolygram(num_vertices = 7),
RegularPolygram(5, radius=1),
)
g.arrange(RIGHT,buff=0.5).scale(0.7)
g[:4].move_to(UP*1.5)
g[4:].next_to(g[:3],DOWN,buff=1)
for shape in g:
self.add(shape)
self.wait(0.5)
演示效果如下：
符号
在manim 中，也经常会用到 大括号等形状，如下：
class DemoCross(Scene):
def construct(self):
WaterMark.construct(self)
# 十字叉
cross = Cross(stroke_color = BLUE,stroke_width=20).scale(0.8)
cross.to_corner(UL,buff=2)
self.add(cross)
self.wait(0.5)
# 大括号
br1 = Brace(Line(LEFT,RIGHT),color= BLUE)
br1.next_to(cross,RIGHT,buff=0.5)
self.add(br1)
self.wait(0.5)
# 带文字的大括号
line=Line(LEFT,RIGHT)
br2= BraceLabel(line, text= "14cm", color= YELLOW, buff=0.1)
br2.submobjects[1].set_color(BLUE)
self.add(VGroup(line,br2).next_to(br1,RIGHT,buff=0.5))
self.wait(0.5)
# 带弧度的大括号
arc = Arc(radius=1,start_angle=0,angle=3*PI/4)
br3 = ArcBrace(arc).set_color(BLUE)
self.add(VGroup(arc,br3).next_to(VGroup(line,br2),RIGHT,buff=0.5))
# self.add(arc,br3)
self.wait(0.5)
演示效果如下：
04小结
相对而言，manim 中的基础形状，还是比较齐全的，在这些基础形状的基础上，自己可以进一步来组合其他的形状。
大家读完顺手点下右下角的 “在看” ，就是最大的鼓励和支持了。
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