概要

前端時間做尺規作圖相關的動畫的時候，封裝了一個圓規的動畫，順便研究了下 manim 庫的動畫函數。

manim 本身就是做動畫的庫，所以，基於它封裝自定義的動畫非常方便。

動畫原理

對於單個的元素，manim本身就提供了非常多的動畫函數。
比如：創建/消除的動畫，移動元素的動畫，旋轉元素的動畫等等，具體可以參考: Animations

如果是做一些簡單的演示視頻的話，這些內置的動畫函數滿足要求綽綽有餘。
但是，對於多個元素聯動的動畫，則需要編寫各個元素之間的聯動規則，來封裝符合要求的動畫。

下麵以圓規動畫為例，演示多元素動畫如何封裝。

圓規動畫目的還是畫出一個 圓弧，只是在繪製的圓弧的過程中展示了圓弧的起點，終點以及連接起點終點之間的線。
這樣，實際使用圓規作圖的時候，可以更好的理解 圓弧是如何畫出來的。

函數的簽名如下：

def ruler(sc: Scene, p1, p2, angle=PI, axis=OUT):
    """
    圓規動畫


    Parameters
    ---------
    sc
        繪製動畫的場景
    p1
        代表圓規的針，繪製時不動的點
    p2
        代表圓規的筆芯，繪製圓弧的點
    angle
        繪製圓弧的角度，預設PI，相當於繪製半個圓
    axis
        只有2個值 IN/OUT，分別表示順時針還是逆時針作弧
    """
    # 省略。。。
    return arc

各個參數的含義參見註釋。

實現動畫的思路如下：

1. 構建3個元素，也就是d1(根據參數中p1坐標繪製的點),d2(根據參數中p2坐標繪製的點)以及 dl(連接p1和p2的虛線)
2. 設置dl的動畫，隨著 d1和d2變化不斷重新繪製（這裡 d1其實是不會變的）
3. 再設置圓弧的動畫，隨著 d2的變動，不斷繪製新的圓弧
4. 通過 manim自帶的動畫函數讓 d2先動，其他動畫則會隨之一起
5. 最後刪除不必要的元素，只保留圓弧在 場景(sc)中

def ruler(sc: Scene, p1, p2, angle=PI, axis=OUT):
    """
    圓規動畫


    Parameters
    ---------
    sc
        繪製動畫的場景
    p1
        代表圓規的針，繪製時不動的點
    p2
        代表圓規的筆芯，繪製圓弧的點
    angle
        繪製圓弧的角度，預設PI，相當於繪製半個圓
    axis
        只有2個值 IN/OUT，分別表示順時針還是逆時針作弧
    """
    d1 = Dot(point=p1, color=RED)
    d2 = Dot(point=p2, color=GREEN)
    dl = DashedLine(d1.get_center(), d2.get_center())

    r = np.linalg.norm(p2 - p1)
    arc = ArcBetweenPoints(p2, p2)

    dl.add_updater(lambda z: z.become(DashedLine(d1.get_center(), d2.get_center())))
    if np.array_equal(axis, OUT):
        arc.add_updater(
            lambda z: z.become(
                ArcBetweenPoints(p2, d2.get_center(), radius=r, stroke_color=GREEN)
            )
        )
    if np.array_equal(axis, IN):
        arc.add_updater(
            lambda z: z.become(
                ArcBetweenPoints(d2.get_center(), p2, radius=r, stroke_color=GREEN)
            )
        )

    sc.add(d1, d2, dl, arc)
    sc.play(
        Rotate(
            d2,
            about_point=d1.get_center(),
            axis=axis,
            angle=angle,
            rate_func=linear,
        )
    )

    arc.clear_updaters()
    dl.clear_updaters()
    sc.remove(d1, d2, dl)
    return arc

動畫效果

封裝之後，使用起來非常簡單：

# -*- coding: utf-8 -*-
from manim import *
import numpy as np


class Sample(Scene):
    def construct(self):
        ruler(self, np.array([-1, 0, 0]), np.array([-1, 1, 0]))
        ruler(self, np.array([1, 0, 0]), np.array([1, 1, 0]), axis=IN)
        self.wait()

上面演示了逆時針（預設是逆時針）和順時針方式繪製半圓。

各個元素的顏色等相關屬性，沒有暴露到函數參數中，可以直接在代碼中修改。
這裡主要演示如何基於 manim製作多元素動畫的。