基于Python如何实现绘制一个足球

今天小编给大家分享一下基于Python如何实现绘制一个足球的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们一起来了解一下吧。

前情提要

其核心代码为

import numpy as npfrom itertools import productG = (np.sqrt(5)-1)/2def getVertex():    pt2 =  [(a,b) for a,b in product([1,-1], [G, -G])]    pts =  [(a,b,0) for a,b in pt2]    pts += [(0,a,b) for a,b in pt2]    pts += [(b,0,a) for a,b in pt2]    return np.array(pts)def getDisMat(pts):    N = len(pts)    dMat = np.ones([N,N])*np.inf    for i in range(N):        for j in range(i):            dMat[i,j] = np.linalg.norm([pts[i]-pts[j]])    return dMatpts = getVertex()dMat = getDisMat(pts)# 由于存在舍入误差，所以得到的边的数值可能不唯一ix, jx = np.where((dMat-np.min(dMat))<0.01)# 获取正二十面体的边edges = [pts[[i,j]] for i,j in zip(ix, jx)]def isFace(e1, e2, e3):    pts = np.vstack([e1, e2, e3])    pts = np.unique(pts, axis=0)    return len(pts)==3from itertools import combinations# 获取正二十面体的面faces = [es for es in combinations(edges, 3)     if isFace(*es)]

为了克服plot_trisurf在xy坐标系中的bug，需要对足球做一点旋转，所以下面要写入旋转矩阵。

# 将角度转弧度后再求余弦cos = lambda th : np.cos(np.deg2rad(th))sin = lambda th : np.sin(np.deg2rad(th))# 即 Rx(th) => MatrixRx = lambda th : np.array([    [1, 0,       0],    [0, cos(th), -sin(th)],    [0, sin(th), cos(th)]])Ry = lambda th : np.array([    [cos(th),  0, sin(th)],    [0      ,  1, 0],    [-sin(th), 0, cos(th)]])Rz = lambda th : np.array([    [cos(th) , sin(th), 0],    [-sin(th), cos(th), 0],    [0       , 0,       1]])

最后得到的正二十面体为

先画六边形

足球其实就是正二十面体削掉顶点，正二十面体有20个面和12个顶点，每个面都是三角形。削掉顶点对于三角形而言就是削掉三个角，如果恰好选择在1/3的位置削角，则三角形就变成正六边形；而每个顶点处刚好有5条棱，顶点削去之后就变成了正五边形。

而正好足球的六边形和五边形有着不同的颜色，所以可以分步绘制，先来搞定六边形。

由于此前已经得到了正二十面体的所有面，同时还有这个面对应的所有边，故而只需在每一条边的1/3 和2/3处截断，就可以得到足球的正六边形。

def getHexEdges(face):    pts = []    for st,ed in face:        pts.append((2*st+ed)/3)        pts.append((st+2*ed)/3)    return np.vstack(pts)ax = plt.subplot(projection='3d')for f in faces:    pt = getHexEdges(f)    pt = Rx(1)@Ry(1)@pt.T    ax.plot_trisurf(*pt, color="white")

于是，一个有窟窿的足球就很轻松地被画出来了

再画五边形

接下来要做的是，将五边形的窟窿补上，正如一开始说的，这个五边形可以理解为削去顶点而得到的，所以第一件事，就是要找到一个顶点周围的所有边。具体方法就是，对每一个顶点遍历所有边，如果某条边中存在这个顶点，那么就把这个边纳入到这个顶点的连接边。

def getPtEdges(pts, edges):    N = len(pts)    pEdge = [[] for pt in pts]    for i,e in product(range(N),edges):        if (pts[i] == e[0]).all():             pt = (2*pts[i]+e[1])/3        elif (pts[i] == e[1]).all():             pt = (2*pts[i]+e[0])/3        else:            continue        pEdge[i].append(pt)    return np.array(pEdge)pEdge = getPtEdges(pts, edges)

接下来，就可以绘制足球了

ax = plt.subplot(projection='3d')for f in faces:    pt = getHexEdges(f)    pt = Rx(1)@Ry(1)@pt.T    ax.plot_trisurf(*pt, color="white")for pt in pEdge:    pt = Rx(1)@Ry(1)@pt.T    ax.plot_trisurf(*pt, color="black")plt.show()

效果为

以上就是“基于Python如何实现绘制一个足球”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家阅读完这篇文章都有很大的收获，小编每天都会为大家更新不同的知识，如果还想学习更多的知识，请关注编程网行业资讯频道。