Python 爱心代码实现动态爱心图案展示
引言
在 Python 中，我们可以利用 tkinter 库来创建有趣的图形界面，本文将为大家分享一段使用 tkinter 库绘制动态爱心图案的代码，并详细介绍其实现逻辑与运行方法。
一、代码功能概述
这段 Python 代码借助 tkinter 库创建了一个窗口，在该窗口中能够绘制出一个动态的爱心图案，效果十分美观，接下来我们一起看看代码的具体内容。
二、代码详解
（一）导入必要的库和模块
import random
from math import sin, cos, pi, log
from tkinter import *
代码首先导入了 random 模块用于生成随机数，从 math 模块中导入了 sin、cos、pi、log 等数学相关函数，并且导入了 tkinter 库中的所有内容，方便后续创建图形界面和进行绘图操作。
（二）定义全局变量
CANVAS_WIDTH = 640
CANVAS_HEIGHT = 480
CANVAS_CENTER_X = CANVAS_WIDTH / 2
CANVAS_CENTER_Y = CANVAS_HEIGHT / 2
IMAGE_ENLARGE = 11
HEART_COLOR = "#ff2121"
这里定义了一些全局变量，比如画布的宽度 CANVAS_WIDTH 和高度 CANVAS_HEIGHT，以及画布中心的坐标 CANVAS_CENTER_X 和 CANVAS_CENTER_Y，还有用于爱心图案放大比例的 IMAGE_ENLARGE 和指定爱心颜色的 HEART_COLOR。
（三）核心函数定义
1. heart_function 函数
def heart_function(t, shrink_ratio: float = IMAGE_ENLARGE):
"""
爱心函数生成器
:param shrink_ratio: 放大比例
:param t: 参数
:return: 坐标
"""
# 基础函数
x = 16 * (sin(t) ** 3)
y = -(13 * cos(t) - 5 * cos(2 * t) - 2 * cos(3 * t) - cos(4 * t))
x *= shrink_ratio
y *= shrink_ratio
# 移到画布中央
x += CANVAS_CENTER_X
y += CANVAS_CENTER_Y
return int(x), int(y)
此函数是爱心图案的坐标生成器，根据传入的参数 t 以及默认的放大比例 shrink_ratio，通过特定的数学公式计算出爱心形状对应的 x 和 y 坐标，并将坐标移动到画布的中央位置后返回。
2. scatter_inside 函数
def scatter_inside(x, y, beta=0.15):
"""
:param x: 原x
:param y: 原y
:param beta: 强度
:return: 新坐标
"""
ratio_x = - beta * log(random.random())
ratio_y = - beta * log(random.random())
dx = ratio_x * (x - CANVAS_CENTER_X)
dy = ratio_y * (y - CANVAS_CENTER_Y)
return x - dx, y - dy
该函数用于在给定原始坐标 x、y 以及强度参数 beta 的基础上，通过随机运算生成新的坐标，实现一种在内部扩散的效果。
3. shrink 函数
def shrink(x, y, ratio):
"""
:param x: 原x
:param y: 原y
:param ratio: 比例
:return: 新坐标
"""
force = -1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.6)
dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X)
dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y)
return x - dx, y - dy
shrink 函数根据传入的原始坐标 x、y 和比例参数 ratio，通过特定的数学计算来调整坐标，达到收缩的效果，从而改变图形在画布上的展示形态。
4. curve 函数
def curve(p):
"""
:param p: 参数
:return: 正弦
"""
return 2 * (2 * sin(4 * p)) / (2 * pi)
curve 函数接收一个参数 p，通过数学运算返回一个基于正弦函数计算得到的值，该函数在后续生成动态效果中起到关键的比例调节作用。
（四）Heart 类定义
class Heart:
def __init__(self, generate_frame=20):
self._points = set()
self._edge_diffusion_points = set()
self._center_diffusion_points = set()
self.all_points = {}
self.build(2000)
self.random_halo = 1000
self.generate_frame = generate_frame
for frame in range(generate_frame):
self.calc(frame)
def build(self, number):
# 爱心
for _ in range(number):
t = random.uniform(0, 2 * pi)
x, y = heart_function(t)
self._points.add((x, y))
# 爱心内扩散
for _x, _y in list(self._points):
for _ in range(3):
x, y = scatter_inside(_x, _y, 0.05)
self._edge_diffusion_points.add((x, y))
point_list = list(self._points)
for _ in range(4000):
x, y = random.choice(point_list)
x, y = scatter_inside(x, y, 0.17)
self._center_diffusion_points.add((x, y))
@staticmethod
def calc_position(x, y, ratio):
# 调整缩放比例
force = 1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.520)
dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X) + random.randint(-1, 1)
dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y) + random.randint(-1, 1)
return x - dx, y - dy
def calc(self, generate_frame):
ratio = 10 * curve(generate_frame / 10 * pi)
halo_radius = int(4 + 6 * (1 + curve(generate_frame / 10 * pi)))
halo_number = int(3000 + 4000 * abs(curve(generate_frame / 10 * pi) ** 2))
all_points = []
# 光环
heart_halo_point = set()
for _ in range(halo_number):
t = random.uniform(0, 2 * pi)
x, y = heart_function(t, shrink_ratio=11.6)
x, y = shrink(x, y, halo_radius)
if (x, y) not in heart_halo_point:
heart_halo_point.add((x, y))
x += random.randint(-14, 14)
y += random.randint(-14, 14)
size = random.choice((1, 2, 2))
all_points.append((x, y, size))
# 轮廓
for x, y in self._points:
x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
size = random.randint(1, 3)
all_points.append((x, y, size))
# 内容
for x, y in self._edge_diffusion_points:
x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
size = random.randint(1, 2)
all_points.append((x, y, size))
for x, y in self._center_diffusion_points:
x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
size = random.randint(1, 2)
all_points.append((x, y, size))
self.all_points[generate_frame] = all_points
def render(self, render_canvas, render_frame):
for x, y, size in self.all_points[render_frame % self.generate_frame]:
render_canvas.create_rectangle(x, y, x + size, y + size, width=0, fill=HEART_COLOR)
Heart 类是整个爱心图案绘制的核心类，在其初始化方法 __init__ 中，初始化了一系列用于存储不同类型坐标点的集合以及字典，然后调用 build 方法构建爱心图案的基本点、边缘扩散点和中心扩散点等。calc 方法则根据不同的帧数据，进一步计算每个帧对应的所有绘制点的坐标及大小等信息，最后通过 render 方法将计算好的点绘制到传入的画布上，实现爱心图案的展示。
（五）draw 函数
def draw(main: Tk, render_canvas: Canvas, render_heart: Heart, render_frame=0):
render_canvas.delete('all')
render_heart.render(render_canvas, render_frame)
main.after(160, draw, main, render_canvas, render_heart, render_frame + 1)
draw 函数用于实现动态绘制的效果，它首先清除画布上之前的内容，然后调用 Heart 类的 render 方法绘制当前帧的爱心图案，并且通过 main.after 方法设置每隔 160 毫秒就再次调用 draw 函数，实现连续不断地更新绘制，形成动态效果。
（六）主程序入口
if __name__ == '__main__':
root = Tk()
canvas = Canvas(root, bg='black', height=CANVAS_HEIGHT, width=CANVAS_WIDTH)
canvas.pack()
heart = Heart()
draw(root, canvas, heart)
root.mainloop()
在主程序入口部分，首先创建了一个 Tk 根窗口对象 root，接着在该窗口内创建了一个黑色背景的画布 canvas，然后实例化 Heart 类得到 heart 对象，最后调用 draw 函数并进入 root 窗口的主循环，使得窗口保持显示并持续更新爱心图案的动态效果。
三、运行要求及效果展示
要运行这段代码，请确保你的 Python 环境已经安装了 tkinter 库。大多数 Python 安装都会自带 tkinter，如果没有，你可以通过包管理器安装它。运行代码后，会弹出一个窗口显示动态的爱心效果，相信这个有趣的图案会给你带来不一样的视觉体验。
希望通过对这段代码的详细介绍，能帮助大家更好地理解如何利用 Python 和 tkinter 库来绘制动态图形，也欢迎大家进一步探索更多有趣的图形绘制方式，发挥自己的创意进行代码修改和拓展。