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，豪車遍地美女如云。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。
由于眾所周知的原因，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，算是聊勝于無吧。
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
一臺安裝了Python環境的電腦，Python環境需要安裝以下模塊。
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，屬于常用模塊。WxGL 是一個基于 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像素相當于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。
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-')
到此這篇關于使用Python制作一盞 3D 花燈喜迎元宵佳節的文章就介紹到這了,更多相關Python制作 3D 花燈內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
