Python跳动的爱心

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敬请期待……

写在前面

Python语言实现李峋同款可写字版跳动的爱心的完整代码。

技术需求

1. Tkinter 图形用户界面 (GUI) 开发

   • 使用 tkinter 库创建窗口、按钮、标签和绘图画布等 GUI 元素。
   • 通过 Canvas 实现动态绘图，展示爱心的跳动动画。
   • 使用窗口事件处理（如 protocol 绑定窗口关闭事件）增加交互性。

2. 数学函数绘图

   • 通过参数方程 heart_function 描绘心形轮廓，利用正弦和余弦函数生成坐标点。
   • 应用数学缩放和偏移操作调整爱心的大小和位置。

3. 随机生成与散点模拟

   • 使用 random 模块实现随机数生成，制造爱心边缘和中心的扩散效果，增加视觉表现力。
   • 利用随机分布和对数变换 (scatter_inside) 模拟爱心扩散区域的自然感。

4. 动态动画渲染

   • 通过递归调用 after 方法实现帧刷新，生成连续动态效果。
   • 在每一帧中动态计算并绘制不同的点，模拟爱心跳动的视觉效果。

5. 点的力场模拟

   • 使用力场模型 (calc_position 和 shrink) 模拟坐标点的运动轨迹，制造扩散和收缩的动态效果。
   • 根据点到心形中心的距离计算力的大小和方向，增加动画的物理感。

6. 交互逻辑设计

   • 设置“同意”和“拒绝”按钮，配合弹窗提示，实现趣味性互动。
   • 通过点击事件触发心形动画，提升用户体验。

7. 视觉样式和文字布局

   • 使用画布背景色、字体样式和颜色（如 heartcolor）增强界面美感。
   • 利用 Label 元素和 place 方法精确放置文字在窗口中心。

8. 模块化与类设计

   • 封装了一个 Heart 类，专门负责爱心的点生成、动态计算和渲染，逻辑清晰、结构化强。
   • calc 方法和 render 方法分别负责帧计算与绘制，职责分离，便于维护。

完整代码

import tkinter as tk
import tkinter.messagebox
import random
from math import sin, cos, pi, log
from tkinter.constants import *

width = 888
height = 500
heartx = width / 2
hearty = height / 2
side = 11
heartcolor = "pink"  # 爱心颜色，可修改
word = "I Love You!"  # 想要写的字，可修改

# 爱心类
class Heart:
    def __init__(self, generate_frame=20):
        self._points = set()  # 原始爱心坐标集合
        self._edge_diffusion_points = set()  # 边缘扩散效果点坐标集合
        self._center_diffusion_points = set()  # 中心扩散效果点坐标集合
        self.all_points = {}  # 每帧动态点坐标
        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):
        for _ in range(number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t)
            self._points.add((x, y))
        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):
        force = 1 / (((x - heartx) ** 2 + (y - hearty) ** 2) ** 0.520)  # 魔法参数
        dx = ratio * force * (x - heartx) + random.randint(-1, 1)
        dy = ratio * force * (y - hearty) + random.randint(-1, 1)
        return x - dx, y - dy

    def calc(self, generate_frame):
        ratio = 10 * curve(generate_frame / 10 * pi)  # 圆滑的周期的缩放比例
        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 = []
        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))
        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))
        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=heartcolor)


def heart_function(t, shrink_ratio: float = side):
    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
    x += heartx
    y += hearty
    return int(x), int(y)


……

代码分析

这段代码是一个基于Python的Tkinter模块实现的互动式程序，主题是通过跳动的爱心动画来表达浪漫情感。以下从代码结构、主要功能模块、核心算法以及实现技巧等方面进行详细分析。

---

一、代码结构概览

代码结构清晰且功能分明，大致可以分为以下几个模块：

1. 界面初始化与互动逻辑：
   • 负责创建主窗口、弹出消息框，并引导用户进入爱心动画。
2. 核心类 Heart：
   • 负责爱心形状的坐标计算、动态扩散效果以及动画帧的生成。
3. 数学函数与工具方法：
   • 通过数学公式绘制爱心，并为动态效果提供支持。
4. 动画渲染与绘制：
   • 实现爱心形状的动态跳动，并在窗口中绘制动画。
5. 主函数：
   • 程序入口，负责引导用户操作。

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二、核心功能分析

1. 用户交互界面

代码开头定义了一个简单的交互界面，用于向用户表达“求婚”意图：

root = tk.Tk()
root.title('❤')
root.resizable(0, 0)
root.wm_attributes("-toolwindow", 1)

• 界面标题：通过 root.title('❤')，设置窗口标题为心形符号，增添浪漫氛围。
• 窗口属性：root.resizable(0, 0) 禁止调整窗口大小，root.wm_attributes("-toolwindow", 1) 将窗口设置为工具窗口样式。
• 交互按钮：
  • 好哦 按钮绑定了 OK 方法，表示用户同意并进入动画界面。
  • 不要 按钮绑定了 NO 方法，通过消息框提示用户“再给你一次机会”，强调必须点击同意才可继续。
  • 窗口关闭事件绑定到 closeWindow 方法，提示“逃避是没有用的哦”，进一步增强互动趣味性。

这部分代码设计了一个趣味性较强的“无法拒绝”的场景，为后续爱心动画营造铺垫。

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2. 爱心动画的数学原理

（1）爱心函数 heart_function

• 该函数利用参数方程绘制爱心，t 是参数范围，shrink_ratio 用于控制缩放比例。
• 数学方程细节：
  • 横坐标公式：16 * (sin(t) ** 3)，通过三次方正弦曲线，确保爱心左右对称。
  • 纵坐标公式：复杂的余弦叠加公式控制上下轮廓，使其具有自然的心形曲线。

（2）散点效果 scatter_inside

• 功能：在给定点 (x, y) 的基础上生成随机散点，模拟边缘和中心扩散效果。
• 原理：
  • 利用随机数 random.random() 和对数函数 log 实现随机偏移，beta 控制偏移范围。
  • 偏移量根据距离中心点 (heartx, hearty) 的距离计算，呈现一种逐渐扩散的视觉效果。

（3）缩放函数 shrink

• 用于模拟爱心外边缘的扩散光环。
• 核心思想是通过引力公式，计算点向中心偏移的量，从而生成光晕效果。

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3. 动态效果实现

（1）动态点计算

• 动态缩放比例 ratio 控制爱心的跳动，curve 函数生成平滑周期曲线，带来呼吸般的效果。

（2）光晕生成

• 光晕点以随机角度 t 和缩放比生成。
• halo_number 随动态曲线调整，控制光晕点数量的变化。

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4. 渲染与动画

（1）渲染实现

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=heartcolor)

• 将动态点按帧渲染到 Canvas 画布上，通过循环绘制心形、扩散光晕和动态点。

（2）动画绘制

def draw(main: tk.Tk, render_canvas: tk.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)

• main.after() 定时调用，使每帧间隔160ms，带来平滑的跳动效果。
• render_frame 累加控制帧动画。

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5. 爱心动画界面

进入动画后，窗口被设置为全屏效果：

root.geometry("%dx%d+%d+%d" % (width, height, x, y))
canvas = tk.Canvas(root, bg='black', height=height, width=width)
tk.Label(root, text=word, bg="black", fg="#FF99CC", font="Helvetic 25 bold").place(relx=.5, rely=.5, anchor=CENTER)

• 黑色背景衬托粉色爱心。
• 文本通过 tk.Label 居中显示，突出视觉中心。

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三、总结

这段代码巧妙结合了数学公式和Tkinter界面功能，通过动态光效和跳动爱心的动画，生动地表达浪漫情感。亮点包括：

1. 爱心函数：复杂的数学方程带来完美的心形曲线。
2. 动态扩散效果：散点生成与光晕模拟为动画增添层次感。
3. 人性化交互：有趣的“无法拒绝”逻辑增添趣味性。

通过这些实现，代码展示了Python在动态动画和界面设计中的强大能力，同时通过精心设计的互动流程和细腻的动画效果，完美达成情感表达的目标。

写在后面

我是一只有趣的兔子，感谢你的喜欢！