Python绘制爱心代码（七夕限定版）

写在前面：

又到了一年一度的七夕节啦！你还在发愁送女朋友什么礼物，不知道怎样表达你满满的爱意吗？别担心，我来帮你！今天，我将教你使用Python绘制一个跳动的爱心，用创意和幽默为这个特殊的夜晚增添浪漫和趣味。话不多说先看示例：

话不多说，上代码：

这段代码使用Python的tkinter库实现了一个绘制心形动画的程序。下面是每个步骤的详细说明：

1. 导入必要的库和模块：
   • random：用于生成随机数。
   • sin、cos、pi、log：数学函数，用于计算心形的坐标和力度。
   • tkinter：用于创建GUI界面。

代码示例：

import random
from math import sin, cos, pi, log
from tkinter import *

2. 定义常量和全局变量：
   • CANVAS_WIDTH、CANVAS_HEIGHT：画布的宽度和高度。
   • CANVAS_CENTER_X、CANVAS_CENTER_Y：画布中心的坐标。
   • IMAGE_ENLARGE：心形的放大倍数。
   • HEART_COLOR：心形的颜色。
   • heart：心形对象。

代码示例：

CANVAS_WIDTH = 640
CANVAS_HEIGHT = 640
CANVAS_CENTER_X = CANVAS_WIDTH / 2
CANVAS_CENTER_Y = CANVAS_HEIGHT / 2
IMAGE_ENLARGE = 11
HEART_COLOR = "#e77c8e"

# 声明一个爱心对象
heart = None

3. 定义生成心形的函数：
   • heart_function(t, shrink_ratio=IMAGE_ENLARGE)：根据参数t生成心形的坐标。
     • 通过数学公式计算生成心形的x和y坐标。
     • 将坐标进行缩放和平移，使心形位于画布中心。
     • 返回整数化后的坐标值。

代码示例：

def heart_function(t, shrink_ratio=IMAGE_ENLARGE):
    x = 16 * (sin(t) ** 3)
    y = -(13 * cos(t) - 5 * cos(2 * t) - 2 * cos(3 * t) - cos(4 * t))
    x *= shrink_ratio
    y *= shrink_ratio
    x += CANVAS_CENTER_X
    y += CANVAS_CENTER_Y
    return int(x), int(y)

4. 定义内部扩散和抖动函数：
   • scatter_inside(x, y, beta=0.15)：对坐标(x, y)进行内部扩散。
     • 根据指定的beta值计算扩散的比例。
     • 根据比例计算扩散后的坐标，并返回新的坐标值。
   • shrink(x, y, ratio)：对坐标(x, y)进行缩小。
     • 根据指定的ratio值计算缩小的比例。
     • 根据比例计算缩小后的坐标，并返回新的坐标值。

代码示例：

def scatter_inside(x, y, beta=0.15):
    ratio_x = -beta * log(random.random())
    ratio_y = -beta * log(random.random())
    dx = ratio_x * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio_y * (y - CANVAS_CENTER_Y)
    return x - dx, y - dy

def shrink(x, y, ratio):
    force = -1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.6)
    dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y)
    return x - dx, y - dy

5. 定义心形类：
   • Heart：心形类的构造函数，用于生成心形的点集。
     • 初始化各个成员变量。
     • 调用build方法生成心形的点集。
     • 初始化随机光晕和帧数。
   • build(self, number)：生成心形的点集。
     • 根据指定的数量生成心形点集。
     • 对生成的点集进行内部扩散和抖动处理。
   • calc_position(x, y, ratio)：计算心形点的新位置。
     • 根据指定的力度和偏移计算点的新位置。
     • 返回新的坐标值。
   • calc(self, generate_frame)：计算每一帧的心形点集。
     • 根据当前帧数计算心形点集的相关参数。
     • 生成心形光晕点集和其他点集。
     • 将所有点集保存到列表中。
   • render(self, render_canvas, render_frame)：将心形点集渲染到画布上。
     • 遍历指定帧数的心形点集。
     • 绘制矩形代表心形点的位置和大小。

代码示例：

class Heart:
    def __init__(self, generate_frame=20):
        self._points = set()
        self._edge_diffusion_points = set()
        self._center_diffusion_points = set()
        self.all_points = {}
        self.build(2000)
        self.random_halo = 1000
        self.generate_frame = generate_frame
        for frame in range(generate_frame):
            self.calc(frame)

    def build(self, number):
        for _ in range(number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t)
            self._points.add((x, y))
        for _x, _y in list(self._points):
            for _ in range(3):
                x, y = scatter_inside(_x, _y, 0.05)
                self._edge_diffusion_points.add((x, y))
        point_list = list(self._points)
        for _ in range(4000):
            x, y = random.choice(point_list)
            x, y = scatter_inside(x, y, 0.17)
            self._center_diffusion_points.add((x, y))

    @staticmethod
    def calc_position(x, y, ratio):
        force = 1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.520)
        dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X) + random.randint(-1, 1)
        dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y) + random.randint(-1, 1)
        return x - dx, y - dy

    def calc(self, generate_frame):
        ratio = 10 * curve(generate_frame / 10 * pi)
        halo_radius = int(4 + 6 * (1 + curve(generate_frame / 10 * pi)))
        halo_number = int(3000 + 4000 * abs(curve(generate_frame / 10 * pi) ** 2))
        all_points = []
        heart_halo_point = set()
        for _ in range(halo_number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)
            x, y = heart_function(t, shrink_ratio=11.6)
            x, y = shrink(x, y, halo_radius)
            if (x, y) not in heart_halo_point:
                heart_halo_point.add((x, y))
                x += random.randint(-14, 14)
                y += random.randint(-14, 14)
                size = random.choice((1, 2, 2))
                all_points.append((x, y, size))
        for x, y in self._points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 3)
            all_points.append((x, y, size))
        for x, y in self._edge_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))
        for x, y in self._center_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))
        self.all_points[generate_frame] = all_points

    def render(self, render_canvas, render_frame):
        for x, y, size in self.all_points[render_frame % self.generate_frame]:
            render_canvas.create_rectangle(x, y, x + size, y + size, width=0, fill=HEART_COLOR)

6. 定义画图函数：
   • draw(main, render_canvas, render_heart, render_frame=0)：绘制心形动画。
     • 清空画布内容。
     • 调用心形对象的渲染方法，绘制心形动画。
     • 在画布上绘制文本。
     • 使用after方法定时更新画面。

代码示例：

def draw(main: Tk, render_canvas: Canvas, render_heart: Heart, render_frame=0):
    render_canvas.delete('all')
    render_heart.render(render_canvas, render_frame)
    render_canvas.create_text(320, 320, text="宝贝爱你哟", fill='#e77c8e', font=('微软雅黑', 15, 'bold'))
    main.after(160, draw, main, render_canvas, render_heart, render_frame + 1)

7. 主程序入口：
   • 判断是否为主程序执行。
   • 创建主窗口和画布对象。
   • 创建心形对象。
   • 调用绘制函数开始绘制心形动画。
   • 进入主循环，等待事件处理。

代码示例：

if __name__ == '__main__':
    root = Tk()
    root.title('宝贝爱你哟')
    canvas = Canvas(root, bg='black', height=CANVAS_HEIGHT, width=CANVAS_WIDTH)
    canvas.pack()
    heart = Heart()
    draw(root, canvas, heart)
    root.mainloop()

完整代码如下：

import random
from math import sin, cos, pi, log
from tkinter import *

CANVAS_WIDTH = 640  # 画布的宽
CANVAS_HEIGHT = 640  # 画布的高
CANVAS_CENTER_X = CANVAS_WIDTH / 2  # 画布中心的X轴坐标
CANVAS_CENTER_Y = CANVAS_HEIGHT / 2  # 画布中心的Y轴坐标
IMAGE_ENLARGE = 11  # 放大比例
HEART_COLOR = "#e77c8e"  # 心的颜色#ff7171


def heart_function(t, shrink_ratio: float = IMAGE_ENLARGE):
    """
    “爱心函数生成器”
    :param shrink_ratio: 放大比例
    :param t: 参数
    :return: 坐标
    """
    # 基础函数
    x = 16 * (sin(t) ** 3)
    y = -(13 * cos(t) - 5 * cos(2 * t) - 2 * cos(3 * t) - cos(4 * t))

    # 放大
    x *= shrink_ratio
    y *= shrink_ratio

    # 移到画布中央
    x += CANVAS_CENTER_X
    y += CANVAS_CENTER_Y

    return int(x), int(y)


def scatter_inside(x, y, beta=0.15):
    """
    随机内部扩散
    :param x: 原x
    :param y: 原y
    :param beta: 强度
    :return: 新坐标
    """
    ratio_x = - beta * log(random.random())
    ratio_y = - beta * log(random.random())

    dx = ratio_x * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio_y * (y - CANVAS_CENTER_Y)

    return x - dx, y - dy


def shrink(x, y, ratio):
    """
    抖动
    :param x: 原x
    :param y: 原y
    :param ratio: 比例
    :return: 新坐标
    """
    force = -1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.6)  # 这个参数...
    dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X)
    dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y)
    return x - dx, y - dy


def curve(p):
    """
    自定义曲线函数，调整跳动周期
    :param p: 参数
    :return: 正弦
    """
    # 可以尝试换其他的动态函数，达到更有力量的效果（贝塞尔？）
    return 2 * (3 * sin(4 * p)) / (2 * pi)


class Heart:
    """
    爱心类
    """

    def __init__(self, generate_frame=20):
        self._points = set()  # 原始爱心坐标集合
        self._edge_diffusion_points = set()  # 边缘扩散效果点坐标集合
        self._center_diffusion_points = set()  # 中心扩散效果点坐标集合
        self.all_points = {}  # 每帧动态点坐标
        self.build(2000)

        self.random_halo = 1000

        self.generate_frame = generate_frame
        for frame in range(generate_frame):
            self.calc(frame)

    def build(self, number):
        # 爱心
        for _ in range(number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)  # 随机不到的地方造成爱心有缺口
            x, y = heart_function(t)
            self._points.add((x, y))

        # 爱心内扩散
        for _x, _y in list(self._points):
            for _ in range(3):
                x, y = scatter_inside(_x, _y, 0.05)
                self._edge_diffusion_points.add((x, y))

        # 爱心内再次扩散
        point_list = list(self._points)
        for _ in range(4000):
            x, y = random.choice(point_list)
            x, y = scatter_inside(x, y, 0.17)
            self._center_diffusion_points.add((x, y))

    @staticmethod
    def calc_position(x, y, ratio):
        # 调整缩放比例
        force = 1 / (((x - CANVAS_CENTER_X) ** 2 + (y - CANVAS_CENTER_Y) ** 2) ** 0.520)  # 魔法参数

        dx = ratio * force * (x - CANVAS_CENTER_X) + random.randint(-1, 1)
        dy = ratio * force * (y - CANVAS_CENTER_Y) + random.randint(-1, 1)

        return x - dx, y - dy

    def calc(self, generate_frame):
        ratio = 10 * curve(generate_frame / 10 * pi)  # 圆滑的周期的缩放比例

        halo_radius = int(4 + 6 * (1 + curve(generate_frame / 10 * pi)))
        halo_number = int(3000 + 4000 * abs(curve(generate_frame / 10 * pi) ** 2))

        all_points = []

        # 光环
        heart_halo_point = set()  # 光环的点坐标集合
        for _ in range(halo_number):
            t = random.uniform(0, 2 * pi)  # 随机不到的地方造成爱心有缺口
            x, y = heart_function(t, shrink_ratio=11.6)  # 魔法参数
            x, y = shrink(x, y, halo_radius)
            if (x, y) not in heart_halo_point:
                # 处理新的点
                heart_halo_point.add((x, y))
                x += random.randint(-14, 14)
                y += random.randint(-14, 14)
                size = random.choice((1, 2, 2))
                all_points.append((x, y, size))

        # 轮廓
        for x, y in self._points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 3)
            all_points.append((x, y, size))

        # 内容
        for x, y in self._edge_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))

        for x, y in self._center_diffusion_points:
            x, y = self.calc_position(x, y, ratio)
            size = random.randint(1, 2)
            all_points.append((x, y, size))

        self.all_points[generate_frame] = all_points

    def render(self, render_canvas, render_frame):
        for x, y, size in self.all_points[render_frame % self.generate_frame]:
            render_canvas.create_rectangle(x, y, x + size, y + size, width=0, fill=HEART_COLOR)


def draw(main: Tk, render_canvas: Canvas, render_heart: Heart, render_frame=0):
    render_canvas.delete('all')
    render_heart.render(render_canvas, render_frame)
    render_canvas.create_text(320, 320, text="宝贝爱你哟", fill='#e77c8e', font=('微软雅黑', 15, 'bold'))  # 此处可自定义
    main.after(160, draw, main, render_canvas, render_heart, render_frame + 1)



if __name__ == '__main__':
    root = Tk()  # 一个Tk
    root.title('宝贝爱你哟')  # 此处可自定义
    canvas = Canvas(root, bg='black', height=CANVAS_HEIGHT, width=CANVAS_WIDTH)
    canvas.pack()
    heart = Heart()  # 心
    draw(root, canvas, heart)  # 开始画
    root.mainloop()

写在最后：

祝大家有一个愉快的七夕节，和心爱的人长长久久，百年好合！