最近很火的电视剧《点燃我,温暖你》男主角学神和女主角课代表计算机考试实现的跳动的爱心,全程用代码复原真实的实现
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2024-04-21 02:08:09
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最近很火的电视剧《点燃我,温暖你》男主角学神和女主角课代表计算机考试实现的跳动的爱心,全程用代码复原真实的实现。

学神考试100分,只是因为试卷只有100分!


该剧改编自作家Twentine创作的小说《打火机与公主裙》,讲述了肆意张扬的编程天才李峋与勇敢坚韧的少女学霸朱韵,从青涩校园到职场拼搏几经波折,依然携手前行的爱情故事。

电视剧中的镜头:

  1. 首先是路人同学的代码:
    在这里插入图片描述
    虽然剧中说是“C 语言期中考试”,但这位同学的代码名叫 draw2.py,一个典型的 Python 文件,再结合截图中的 pen.forward、pen.setpos 等方法来看,应该是用 turtle 海龟作图库来画爱心。那效果通常是这样的:
import turtle as t
t.color('red')
t.setheading(50)
t.begin_fill()
t.circle(-100, 170)
t.circle(-300, 40)
t.right(38)
t.circle(-300, 40)
t.circle(-100, 170)
t.end_fill()
t.done()

在这里插入图片描述
而不是剧中那个命令行下用 1 组成的不规则的图形。

  1. 然后是课代表向路人同学展示的优秀代码:

在这里插入图片描述
实现效果:
在这里插入图片描述
这确实是C语言代码了,但文件依然是以 .py 为后缀,并且 include 前面没有加上 #,这显然是没法运行的。

里面的内容是可以画出爱心的,用的是这个爱心曲线公式:

在这里插入图片描述
然后遍历一个 15*17 的方阵,计算每个坐标是在曲线内还是曲线外,在内部就输出 # 或 *,外部就是 -。

用 python 改写一下是这样的:

for y in range(9, -6, -1):for x in range(-8, 9):print('*##*'[(x+10)%4] if (x*x+y*y-25)**3 < 25*x*x*y*y*y else '-', end=' ')print()

效果:

在这里插入图片描述
稍微改一下输出,还能做出前面那个全是 1 的效果:

for y in range(9, -6, -1):for x in range(-8, 9):print('1' if (x*x+y*y-25)**3 < 25*x*x*y*y*y else ' ', end=' ')print()

效果:
在这里插入图片描述
但跟剧中所谓的效果相去甚远。

  1. 最后是主角狂拽酷炫 D 炸天的跳动爱心:
    在这里插入图片描述
    代码有两个片段:

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
但这两个片段也不 C 语言,而是 C++,且两段并不是同一个程序,用的方法也完全不一样。

第一段代码跟前面一种思路差不多,只不过没有直接用一条曲线,而是上半部用两个圆形,下半部用两条直线,围出一个爱心。

在这里插入图片描述
改写成 Python 代码:


size = 10
for x in range(size):for y in range(4*size+1):dist1 = ((x-size)**2 + (y-size)**2) ** 0.5dist2 = ((x-size)**2 + (y-3*size)**2) ** 0.5if dist1 < size + 0.5 or dist2 < size + 0.5:print('V', end=' ')else:print(' ', end=' ')print()for x in range(1, 2*size):for y in range(x):print(' ', end=' ')for y in range(4*size+1-2*x):print('V', end=' ')print()

运行效果:
在这里插入图片描述
第二段代码用的是基于极坐标的爱心曲线,是遍历角度来计算点的位置。公式是:
在这里插入图片描述
计算出不同角度对应的点坐标,然后把它们连起来,就是一个爱心。

from math import pi, sin, cos
import matplotlib.pyplot as plt
no_pieces = 100
dt = 2*pi/no_pieces
t = 0
vx = []
vy = []
while t <= 2*pi:vx.append(16*sin(t)**3)vy.append(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t))t += dt
plt.plot(vx, vy)
plt.show()

效果:
在这里插入图片描述
代码中循环时用到的 2π 是为了保证曲线长度足够绕一个圈,但其实长一点也无所谓,即使 π=100 也不影响显示效果,只是相当于同一条曲线画了很多遍。所以剧中代码里写下 35 位小数的 π,还被女主用纸笔一字不落地抄写下来,实在是让程序员无法理解的迷惑行为。

在这里插入图片描述
但不管写再多位的 π,上述两段代码都和最终那个跳动的效果差了太多。


跳动爱心实现

下面就来挑战一下用 Python 实现最终的那个跳动爱心的效果。

  1. 想要绘制动态的效果,必定要借助一些库的帮助,不然代码量肯定会让你感动得想哭。这里我们将使用 pgzero 库。然后结合最后那个极坐标爱心曲线代码,先绘制出曲线上离散的点。

import pgzrun
from math import pi, sin, cosno_p = 100
dt = 2*3/no_p
t = 0
x = []
y = []
while t <= 2*3:x.append(16*sin(t)**3)y.append(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t))t += dtdef draw():screen.clear()for i in range(len(x)):screen.draw.filled_rect(Rect((x[i]*10+400, -y[i]*10+300), (4, 4)), 'pink')pgzrun.go()

效果:
在这里插入图片描述
2. 把点的数量增加,同时沿着原点到每个点的径向加一个随机数,并且这个随机数是按照正态分布来的(半个正态分布),大概率分布在曲线上,向曲线内部递减。这样,就得到这样一个随机分布的爱心效果。


...
no_p = 20000
...
while t <= 2*pi:l = 10 - abs(random.gauss(10, 2) - 10)x.append(l*16*sin(t)**3)y.append(l*(13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t)))t += dt
...

在这里插入图片描述
3. 下面就是让点动起来,这步是关键,也有一点点复杂。为了方便对于每个点进行控制,这里将每个点自定义成了一个 Particle 类的实例。从原理上来说,就是给每个点加一个缩放系数,这个系数是根据时间变化的正弦函数,看起来就会像呼吸的节律一样。

class Particle():def __init__(self, pos, size, f):self.pos = posself.pos0 = posself.size = sizeself.f = fdef draw(self):screen.draw.filled_rect(Rect((10*self.f*self.pos[0] + 400, -10*self.f*self.pos[1] + 300), self.size), 'hot pink')def update(self, t):df = 1 + (2 - 1.5) * sin(t * 3) / 8self.pos = self.pos0[0] * df, self.pos0[1] * df...t = 0
def draw():screen.clear()for p in particles:p.draw()def update(dt):global tt += dtfor p in particles:p.update(t)

在这里插入图片描述
4. 剧中爱心跳动时,靠中间的点波动的幅度更大,有一种扩张的效果。所以再根据每个点距离原点的远近,再加上一个系数,离得越近,系数越大。


class Particle():...def update(self, t):df = 1 + (2 - 1.5 * self.f) * sin(t * 3) / 8self.pos = self.pos0[0] * df, self.pos0[1] * df

效果:
在这里插入图片描述
5. 最后再用同样的方法画一个更大一点的爱心,这个爱心不需要跳动,只要每一帧随机绘制就可以了。


def draw():...t = 0while t < 2*pi:f = random.gauss(1.1, 0.1)x = 16*sin(t)**3y = 13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t)size = (random.uniform(0.5,2.5), random.uniform(0.5,2.5))screen.draw.filled_rect(Rect((10*f*x + 400, -10*f*y + 300), size), 'hot pink')t += dt * 3

效果:

在这里插入图片描述

把两个代码效果合在一起运行,效果如下:
在这里插入图片描述
总结一下,就是在原本的基础爱心曲线上加上一个正态分布的随机量、一个随时间变化的正弦函数和一个跟距离成反比的系数,外面再套一层更大的随机爱心,就得到类似剧中的跳动爱心效果。

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