#---第1步---導出模塊--- import numpy as np import matplotlib as mpl from matplotlib import pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D import matplotlib.animation as animmation #導出通用字體設置 from matplotlib import font_manager #定義引出字體模塊、位置、大小 my_font = font_manager.FontProperties(fname="hwfs.ttf",size=20) #---第2步---初始化定義--- #r1的大小與月球的速度和距離地球距離有關，越大越不好，建議10 r1 = 10 #r2是月球與地球的半徑大小 r2 = 2 #π=圓周率(Pai)是圓的周長與直徑的比值 #omega1=2π是一個圓，是地球的運動一圈；1×π=為半圓。 omega1 = 2 * np.pi #定義omega2為幾個π，與月球的公轉速度有關 #建議24π=代表月球以地球公轉的一圈分12部分，12+12半圈 #比如48π=24+24半圈，即將地球繞太陽一圈在分24部分，月球自轉和公轉的速度也加快 omega2 = 48 * np.pi #月球自轉和公轉的角度與地球公轉的水平夾角 phi = 5 * np.pi / 180 #---第3步---更新函數定義--- def update(data): #聲明為全局變量 global line1, line2 , line3 #地球公轉運動的更新 line1.set_data([data[0], data[1]]) line1.set_3d_properties(data[2]) #月球運動更新 line2.set_data([data[3], data[4]]) line2.set_3d_properties(data[5]) #月球自轉線的更新 line3.set_data([data[6], data[7]]) line3.set_3d_properties(data[8]) return line1,line2,line3, #---第4步---初始化框架--- def init(): global line1, line2, line3 ti = 0 t = t_drange[np.mod(ti, t_dlen)] xt1 = x0 + 2*r1 * np.cos(omega1 * t) yt1 = y0 + 2*r1 * np.sin(omega1 * t) zt1 = z0 + 0 xt2 = xt1 + 2*r2 * np.sin(omega2 * t) yt2 = yt1 + 2*r2 * np.cos(omega2 * t)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2)) zt2 = zt1 + (yt2 - yt1) * np.tan(phi) xt21 = xt1 + r2 * np.sin(2 * np.pi * t_range) yt21 = yt1 + r2 * np.cos(2 * np.pi * t_range)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2)) zt21 = zt1 + (yt21 - yt1) * np.tan(phi) #地球位置、形狀、顏色、大小設置 line1, = ax.plot([xt1], [yt1], [zt1], marker='o', color='blue',markersize=20) #月球位置、形狀、顏色、大小設置 line2, = ax.plot([xt2], [yt2], [zt2], marker='o', color='orange',markersize=12) #月球繞地球的軌跡線和顏色purple=紫色 line3, = ax.plot(xt21, yt21, zt21, color='purple') return line1,line2,line3, #---第5步---運動數據的產生--- def data_gen(): global x0,y0,z0,t_dlen data = [] for ti in range(1,t_dlen): t = t_drange[ti] xt1 = x0 + r1 * np.cos(omega1 * t) yt1 = y0 + r1 * np.sin(omega1 * t) zt1 = z0 xt2 = xt1 + r2 * np.sin(omega2 * t) yt2 = yt1 + r2 * np.cos(omega2 * t)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2)) zt2 = zt1 + (yt2 - yt1) * np.tan(phi) xt21 = xt1 + r2 * np.sin(2 * np.pi * t_range) yt21 = yt1 + r2 * np.cos(2 * np.pi * t_range)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2)) zt21 = zt1 + (yt21 - yt1) * np.tan(phi) data.append([xt1, yt1, zt1, xt2, yt2, zt2, xt21, yt21, zt21]) return data #---第6步---定義取值范圍0~10，每個0.005取 #地球公轉的軌跡線刻度，越小越好，建議0.005，否則軌跡線不是圓形，有鋸齒樣類圓形 t_range = np.arange(0, 10 + 0.005, 0.005) #地球公轉速度，越大速度越大，建議0.005， t_drange = np.arange(0,10, 0.005 ) t_len = len(t_range) t_dlen = len(t_drange) #---第7步---三大星球的大小、顏色、坐標--- #太陽的坐標位置，三維坐標 x0 =y0=z0= 0 #地球的運動中的坐標 x1 = x0 + r1 * np.cos(omega1 * t_range) y1 = y0 + r1 * np.sin(omega1 * t_range) z1 = z0 + np.zeros(t_len) #---第8步---定義圖片f和ax等--- #窗口大小也就是展示圖片的畫布大小：22=2200,14=1400，即2200×1400 #這是窗口的背景顏色，有區別，默認白色 f = plt.figure(figsize=(22,14),facecolor='black',edgecolor='white') #這是畫布的背景顏色，默認白色 ax = f.add_subplot(111,projection='3d',facecolor='black') #---第9步---太陽和地球軌跡線設置--- #太陽的設置顏色，位置，大小 ax.plot([0], [0], [0], marker='o', color= 'red', markersize=100) #地球公轉的軌跡線和顏色g=green=綠色，三維坐標 ax.plot(x1, y1, z1, 'g') #---第10步---圖片的坐標刻度設置--- #坐標軸刻度雖然不顯示，但刻度的標記對整個圖形有一定的拉伸影響 #x坐標軸刻度范圍 ax.set_xlim([-(r1 + 2), (r1 + 2)]) #y坐標軸刻度范圍 ax.set_ylim([-(r1 + 5), (r1 + 5)]) #z坐標軸刻度范圍 ax.set_zlim([-15, 15]) #---第11步---圖片標題等設置--- #圖示的標題 #動畫走起，f圖片掛起動畫里，不斷更新，interval = 20=數值越小，速度越快 ani = animmation.FuncAnimation(f, update, frames = data_gen(), init_func = init,interval = 20) #坐標及其刻度隱藏 plt.axis('off') #圖片標題、字體、顏色 plt.title(u'太陽-地球-月亮模擬示意圖', fontproperties=my_font,color='r') #圖片展現 plt.show()