文章目录
- 效果图
- 运行环境
- 完整代码
- 实现思路
- 1. 导入库和定义常量
- 2. 创建Cube类
- 3. 实现Cube类的draw方法
- 4. 实现主函数
效果图
运行环境
python版本：python3.x
依赖包：
$ pip install pygame
$ pip install numpy
完整代码
import numpy as np # 导入 NumPy 库，用于数值计算和处理多维数组
import pygame # 导入 Pygame 库，用于游戏开发和图形界面设计
# 定义屏幕的宽度和高度
WIDTH = 800
HEIGHT = 800
# 定义颜色常量
BLACK = (0, 0, 0) # 黑色
WHITE = (255, 255, 255) # 白色
class Cube:
"""
表示一个立方体。
"""
def __init__(self, pos: np.ndarray, a: float) -> None:
"""
初始化立方体。
:param pos: 立方体的中心位置，是一个包含三个元素的 NumPy 数组。
:param a: 立方体的边长。
"""
self.pos = pos # 立方体的中心位置
self.angle = np.pi / 4 # 立方体的旋转角度，初始化为 45 度
self.center_offset = np.array([-a / 2, -a / 2, -a / 2]) # 立方体顶点到中心的偏移量
self.edges = np.array([ # 立方体的边，是一个包含 12 条边的数组
# 前脸的四条边
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([a, 0, 0])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, a, 0])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([0, a, 0])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, 0, 0])]),
# 右脸的四条边
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([0, 0, a])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, a, a])]),
# 上脸的四条边
np.array([np.array([0, 0, a]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([a, 0, a]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, a, a]), np.array([0, a, a])]),
np.array([np.array([0, a, a]), np.array([0, 0, a])]),
])
def draw(self, screen: pygame.surface.Surface, rotation_rate: float) -> None:
"""
在屏幕上绘制立方体。
:param screen: 要绘制立方体的 Pygame 屏幕对象。
:param rotation_rate: 立方体的旋转速率，用于控制立方体旋转的速度。
"""
# 将立方体的边加上中心偏移量，得到实际的顶点位置
rotated_cube = np.add(self.edges, self.center_offset)
# 计算绕 X、Y、Z 轴旋转的矩阵
rotation_matrix_x = np.array([
[1, 0, 0],
[0, np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle)],
[0, np.sin(self.angle), np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_y = np.array([
[np.cos(self.angle), 0, np.sin(self.angle)],
[0, 1, 0],
[-np.sin(self.angle), 0, np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_z = np.array([
[np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle), 0],
[np.sin(self.angle), np.cos(self.angle), 0],
[0, 0, 1],
])
# 对立方体进行旋转
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_x)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_y)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_z)
# 将旋转后的立方体移动到正确的位置
moved_cube = np.add(self.pos, rotated_cube)
# 在屏幕上绘制立方体的边
for edge in moved_cube:
# 获取边的两个端点的屏幕坐标
start_pos = edge[0][0:2]
end_pos = edge[1][0:2]
# 绘制边
pygame.draw.line(screen, WHITE, start_pos, end_pos)
# 更新立方体的旋转角度
self.angle += rotation_rate
def main():
"""
主函数，启动 Pygame 并创建旋转的立方体。
"""
# 初始化 Pygame
pygame.init()
# 创建屏幕对象
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题
pygame.display.set_caption("旋转立方体 By stormsha")
# 创建立方体对象，中心位于 (400, 400, 200)，边长为 200
cube = Cube(np.array([400, 400, 200]), 200)
# 主循环
running = True
while running:
# 处理 Pygame 事件，如关闭窗口等
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
running = False
# 清空屏幕
screen.fill(BLACK)
# 绘制立方体
cube.draw(screen, 0.001)
# 更新屏幕
pygame.display.flip()
if __name__ == "__main__":
# 如果脚本被直接运行，则执行主函数
main()
实现思路
使用Pygame和NumPy创建旋转立方体
在这篇文章中，我们将详细介绍如何使用Python的Pygame库和NumPy库创建一个旋转的立方体。我们将逐步讲解代码的实现思路，并解释关键部分的作用。
1. 导入库和定义常量
首先，我们需要导入所需的库，包括NumPy和Pygame。NumPy库用于数值计算和处理多维数组，而Pygame库用于游戏开发和图形界面设计。
import numpy as np # 导入 NumPy 库，用于数值计算和处理多维数组
import pygame # 导入 Pygame 库，用于游戏开发和图形界面设计
# 定义屏幕的宽度和高度
WIDTH = 800
HEIGHT = 800
# 定义颜色常量
BLACK = (0, 0, 0) # 黑色
WHITE = (255, 255, 255) # 白色
2. 创建Cube类
接下来，我们创建一个名为Cube的类，用于表示立方体。在Cube类的构造函数中，我们初始化立方体的中心位置、旋转角度和边长。
class Cube:
"""
表示一个立方体。
"""
def __init__(self, pos: np.ndarray, a: float) -> None:
"""
初始化立方体。
:param pos: 立方体的中心位置，是一个包含三个元素的 NumPy 数组。
:param a: 立方体的边长。
"""
self.pos = pos # 立方体的中心位置
self.angle = np.pi / 4 # 立方体的旋转角度，初始化为 45 度
self.center_offset = np.array([-a / 2, -a / 2, -a / 2]) # 立方体顶点到中心的偏移量
self.edges = np.array([ # 立方体的边，是一个包含 12 条边的数组
# 前脸的四条边
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([a, 0, 0])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, a, 0])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([0, a, 0])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, 0, 0])]),
# 右脸的四条边
np.array([np.array([0, 0, 0]), np.array([0, 0, a])]),
np.array([np.array([a, a, 0]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, 0, 0]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([0, a, 0]), np.array([0, a, a])]),
# 上脸的四条边
np.array([np.array([0, 0, a]), np.array([a, 0, a])]),
np.array([np.array([a, 0, a]), np.array([a, a, a])]),
np.array([np.array([a, a, a]), np.array([0, a, a])]),
np.array([np.array([0, a, a]), np.array([0, 0, a])]),
])
在上面的代码中，我们定义了立方体的12条边，包括前脸、右脸和上脸的边。每条边由两个顶点组成，使用NumPy的数组表示。
3. 实现Cube类的draw方法
接下来，我们实现Cube类的draw方法，用于在屏幕上绘制立方体。在draw方法中，我们首先将立方体的边加上中心偏移量，得到实际的顶点位置。然后，我们计算绕X、Y、Z轴旋转的矩阵，并对立方体进行旋转。最后，我们将旋转后的立方体移动到正确的位置，并在屏幕上绘制立方体的边。
def draw(self, screen: pygame.surface.Surface, rotation_rate: float) -> None:
"""
在屏幕上绘制立方体。
:param screen: 要绘制立方体的 Pygame 屏幕对象。
:param rotation_rate: 立方体的旋转速率，用于控制立方体旋转的速度。
"""
# 将立方体的边加上中心偏移量，得到实际的顶点位置
rotated_cube = np.add(self.edges, self.center_offset)
# 计算绕 X、Y、Z 轴旋转的矩阵
rotation_matrix_x = np.array([
[1, 0, 0],
[0, np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle)],
[0, np.sin(self.angle), np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_y = np.array([
[np.cos(self.angle), 0, np.sin(self.angle)],
[0, 1, 0],
[-np.sin(self.angle), 0, np.cos(self.angle)]
])
rotation_matrix_z = np.array([
[np.cos(self.angle), -np.sin(self.angle), 0],
[np.sin(self.angle), np.cos(self.angle), 0],
[0, 0, 1],
])
# 对立方体进行旋转
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_x)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_y)
rotated_cube = np.matmul(rotated_cube, rotation_matrix_z)
# 将旋转后的立方体移动到正确的位置
moved_cube = np.add(self.pos, rotated_cube)
# 在屏幕上绘制立方体的边
for edge in moved_cube:
# 获取边的两个端点的屏幕坐标
start_pos = edge[0][0:2]
end_pos = edge[1][0:2]
# 绘制边
pygame.draw.line(screen, WHITE, start_pos, end_pos)
# 更新立方体的旋转角度
self.angle += rotation_rate
在上面的代码中，我们使用NumPy的matmul函数进行矩阵乘法，以实现立方体的旋转。然后，我们使用pygame的draw.line函数在屏幕上绘制立方体的边。
4. 实现主函数
最后，我们实现主函数main，用于启动Pygame并创建旋转的立方体。在主函数中，我们首先初始化Pygame，并创建屏幕对象。然后，我们创建一个Cube对象，并进入主循环。在主循环中，我们处理Pygame事件，清空屏幕，绘制立方体，并更新屏幕。
def main():
"""
主函数，启动 Pygame 并创建旋转的立方体。
"""
# 初始化 Pygame
pygame.init()
# 创建屏幕对象
screen = pygame.display.set_mode((WIDTH, HEIGHT))
# 设置窗口标题
pygame.display.set_caption("旋转立方体 By stormsha")
# 创建立方体对象，中心位于 (400, 400, 200)，边长为 200
cube = Cube(np.array([400, 400, 200]), 200)
# 主循环
running = True
while running:
# 处理 Pygame 事件，如关闭窗口等
for event in pygame.event.get():
if event.type == pygame.QUIT:
running = False
# 清空屏幕
screen.fill(BLACK)
# 绘制立方体
cube.draw(screen, 0.001)
# 更新屏幕
pygame.display.flip()
if __name__ == "__main__":
# 如果脚本被直接运行，则执行主函数
main()
在上面的代码中，我们使用pygame的event.get函数获取事件，并判断是否为关闭窗口事件。如果是关闭窗口事件，则退出主循环。然后，我们使用screen.fill函数清空屏幕，并使用cube.draw函数绘制立方体。最后，我们使用pygame的display.flip函数更新屏幕。
![[图解]实现领域驱动设计译文暴露的问题03](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/bb8b6ece768c4893ad52362316014dcf.png)
