前言
本文的文字及圖片來源於網絡,僅供學習、交流使用,不具有任何商業用途,如有問題請及時聯系我們以作處理。
PS：如有需要Python學習資料的小伙伴可以點擊下方鏈接自行獲取
說起元宵節，各位有沒有覺得這是咱們中國人最浪漫的節日呢？國人向來拘謹古板，一年到頭都是小心謹慎地過日子，唯有元宵節這天可以縱情豪放一把。東風夜放花千樹，寶馬雕車香滿路，火樹銀花霓虹閃爍，豪車遍地美女如雲。細品，你甚至都能嗅到香奈兒的味道！月上柳梢頭，人約黃昏后，這又是何等的浪漫！比起燭光晚宴、鮮花加持，這份浪漫更顯純真。晚至明清，民間元宵節的喜慶氣氛，堪比西班牙的奔牛節、巴西的狂歡節、泰國的潑水節。
由於眾所周知的原因，估計今年的趵突泉元宵節燈會又要黃了。去哪兒體驗“花市燈如晝”的節日氣氛呢？Don’t worry，沒有什么事能夠難倒程序員——用3D技術也可以做出下圖這樣的走馬燈，算是聊勝於無吧。
1.原材料
花燈紙
如下所示，還可以加上自己喜歡的圖案、文字等。
Python環境和模塊
一台安裝了Python環境的電腦，Python環境需要安裝以下模塊。
- numpy
- pillow
- wxgl
如果沒有上述模塊，請參考下面的命令安裝。
pip install numpy
pip install pillow
pip install wxgl
NumPy和 pillow 是 Python 旗下最常用的科學計算庫和圖像處理庫，屬於常用模塊。WxGL 是一個基於 PyOpenGL 的三維數據可視化庫，以 wx 為顯示后端，提供 Matplotlib 風格的交互式應用模式，同時，也可以和 wxPython 無縫結合，在wx的窗體上繪制三維模型。
2.制作工序
花燈制作工序非常簡單，只需要三十行代碼，可以直接在Python IDLE中以交互方式逐行執行。
導入模塊
>>> import numpy as np >>> from PIL import Image >>> import wxgl.wxplot as plt 打開花燈紙圖像
>>> fn = r'D:\temp\light0115\res\paper.png' >>> im = np.array(Image.open(fn))/255 >>> im.shape (400, 942, 3) fn定義的是圖像存儲路徑，請據實修改。Image.open(fn)打開文件，返回一個PIL對象，np.array()將PIL對象轉成numpy.ndarray數組對象。除以255，將圖像數據從0到255的值域范圍變成0到1，適應WxGL的接口要求。查看數組的shape，顯示圖像分辨率為400像素高、942像素寬，每個像素有三種顏色（此處為RGB）。
根據花燈紙的大小制作龍骨
紙長942像素，卷成圓筒，半徑就是149.9像素，如果把半徑視為1個單位，則高度400像素相當於2.668個單位。
>>> rows, cols, deep = im.shape >>> cols/(2*np.pi) 149.9239563925654 >>> r = 1 >>> h = 2*np.pi*rows/cols >>> h 2.6680192387174464 接下來需要制作半徑1個單位、高度2.668個單位的圓筒狀龍骨了。
>>> theta = np.linspace(0, 2*np.pi, cols) >>> x = r * np.cos(theta) >>> y = r * np.sin(theta) >>> z = np.linspace(0, h, rows) >>> xs = np.tile(x, (rows,1)) >>> ys = np.tile(y, (rows,1)) >>> zs = z.repeat(cols).reshape((rows,cols)) 這里的xs、ys、zs就是圓筒狀龍骨上各個點的x坐標、y坐標、z坐標。下面的代碼，每隔10個點抽取1個點，用mesh的方法畫出龍骨形狀。當然，也可以畫出全部的點，那樣頂點就會連成一片。
>>> plt.mesh(xs[::10,::10], ys[::10,::10], zs[::10,::10], mode='FLBL') >>> plt.show() 用3D的方式畫出來的龍骨，效果如下。
給龍骨貼上花燈紙
有了龍骨，接下來就可以把花燈紙貼在龍骨上了。繼續操作之前，記得先把剛才彈出的3D龍骨窗口關閉。
>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im) >>> plt.show() 不過，你會立刻發現，花燈紙上下方向貼反了。沒關系，我們可以像下面這樣反轉方向。
>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1]) >>> plt.show() 怎么樣，是不是有一點走馬燈的雛形了呢？
制作旋轉葉輪
走馬燈之所以能夠轉動，是因為里面有蠟燭加熱形成上升氣流，推動頂部的葉輪旋轉，從而帶動花燈旋轉。當然，這里的葉輪僅僅是個樣子，花燈旋轉依賴另外的機制實現。
>>> theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 18, endpoint=False) >>> x = r * np.cos(theta) >>> y = r * np.sin(theta) >>> x[2::3] = x[1::3] >>> x[1::3] = 0 >>> y[2::3] = y[1::3] >>> y[1::3] = 0 >>> z = np.ones(18) * h * 0.9 >>> vs = np.stack((x,y,z), axis=1) >>> plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1]) >>> plt.surface(vs, color='#C03000', method='T', mode='FCBC', alpha=0.8) >>> plt.show() 葉輪設計有6片，用三角形模擬，顏色深紅，透明度0.8，整體效果略顯粗糙了一點。
加上照明燈和提系
照明燈用一個白色的圓球表示，提系則是紅色的一條直線，兼做照明燈的電源線。
>>> plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1]) >>> plt.surface(vs, color='#C03000', method='T', mode='FCBC', alpha=0.8) >>> plt.sphere((0,0,h*0.4), 0.4, '#FFFFFF', slices=60, mode='FCBC') >>> plt.plot((0,0), (0,0), (0.4*h, 1.5*h), width=3.0, style='solid', cmap='hsv', caxis='z') 讓花燈轉起來
花燈旋轉的實現非常簡單，只需要給show方法一個rotation參數就可以。
plt.show(rotation='h-') 最終的花燈效果如下。
3.完整代碼
# -*- coding: utf-8 -*- import numpy as np from PIL import Image import wxgl.wxplot as plt im = np.array(Image.open('res/paper.png'))/255 rows, cols, deep = im.shape r, h = 1, 2*np.pi*rows/cols theta = np.linspace(0, 2*np.pi, cols) x = r*np.cos(theta) y = r*np.sin(theta) z = np.linspace(0, h, rows) xs = np.tile(x, (rows,1)) ys = np.tile(y, (rows,1)) zs = z.repeat(cols).reshape((rows,cols)) theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 18, endpoint=False) x = r*np.cos(theta) y = r*np.sin(theta) x[2::3] = x[1::3] x[1::3] = 0 y[2::3] = y[1::3] y[1::3] = 0 z = np.ones(18) * h * 0.9 vs = np.stack((x,y,z), axis=1) plt.mesh(xs, ys, zs, im[::-1]) plt.surface(vs, color='#C03000', method='T', mode='FCBC', alpha=0.8) plt.sphere((0,0,h*0.4), 0.4, '#FFFFFF', slices=60, mode='FCBC') plt.plot((0,0), (0,0), (0.4*h, 1.5*h), width=3.0, style='solid', cmap='hsv', caxis='z') plt.show(rotation='h-')