manim边学边做--改变动画速度

ChangeSpeed类是Manim库中用于修改动画速度的类。

它提供了一种灵活的方式来控制动画的播放速度，使动画在不同时间段内以不同的速度播放，从而创造出更加丰富多样的动画效果。

比如，在创建包含多个元素动画的场景中，通过ChangeSpeed可以精确控制不同元素在不同时间点的移动速度，实现复杂的动画节奏编排。

1. 动画概述

与之前介绍的那些动画类不同，ChangeSpeed不是为元素实现某种具体的动画效果，

它的作用对象是动画本身，它的主要特点有：

1. 灵活的速度调整：可以指定动画在不同时间对应的速度因子，也就是在动画的不同阶段设置不同的速度
2. 与多种动画类型结合：不仅可以用于修改单个动画的速度，还能处理AnimationGroup类型的动画，将多个动画组合成一个整体进行速度控制
3. 支持速率函数覆盖：通过rate_func参数可以覆盖传入动画的速率函数，从而进一步自定义动画的速度变化曲线

主要参数有：

参数名称	类型	说明
anim	Animation	需要修改速度的动画对象
speedinfo	dict	指定在不同时间点的动画速度
rate_func	func	覆盖传入动画的速率函数，在修改速度之前应用
affects_speed_updaters	bool	决定是否影响通过add_updater方法添加的更新器的速度

speedinfo参数是一个字典，

它的key是动画运行时间的百分比（0 到 1 之间的浮点数），value是对应的速度因子。

affects_speed_updaters参数一般在做联动动画时使用的，用来决定是否影响联动动画的速度。

ChangeSpeed还有一些方法，可以用于全面控制动画的执行流程、时间相关属性和相关对象的处理。

名称	说明
add_updater	用于将速度变化应用于更新器
begin	在动画开始时被调用时，进行初始化操作
finish	动画结束时被调用
update_mobjects	更新相关对象，如起始对象和（对于变换动画）目标对象
clean_up_from_scene	在动画结束后清理场景
get_scaled_total_time	返回动画所花费的时间
interpolate	在动画的每一帧被调用，用于设置动画的进度

2. 使用示例

下面通过示例来演示如何使用ChangeSpeed类来丰富动画的表现效果。

2.1. 变速移动的点

此示例在场景中创建了两个点，然后使用ChangeSpeed类来控制其移动动画。

通过speedinfo参数，设置第一个先减速移动，然后再加速移动，最后再次减速移动。

第二点与第一个点的速度变化正好相反，并且两个点在运动过程中都采用线性速率函数。

d1 = Dot(color=BLUE)
d2 = Dot(color=RED)
self.add(d1, d2)

# 先慢后快再慢
self.play(
    ChangeSpeed(
        d1.animate(run_time=2).shift(RIGHT * 5),
        speedinfo={0.2: 0.5, 0.3: 2, 0.8: 0.5},
        rate_func=linear,
    ),
)

# 先快后慢再快
self.play(
    ChangeSpeed(
        d2.animate(run_time=2).shift(LEFT * 5),
        speedinfo={0.2: 2, 0.3: 0.5, 0.8: 2},
        rate_func=linear,
    ),
)

2.2. 变速旋转的正方形

先添加了一个正方形，然后利用ChangeSpeed类来调整其旋转动画。

根据speedinfo设定，正方形在动画开始的前 30% 时间内慢速旋转（速度因子为 0.5），之后在 70%~100% 时间内快速旋转（速度因子为 2），

同时使用平滑的速率函数，产生了变速旋转的动画效果。

square = Square()

# 正方形先慢速旋转 然后快速旋转
self.play(
    ChangeSpeed(
        Rotate(square, angle=PI, run_time=3),
        speedinfo={0.3: 0.5, 0.7: 2},
        rate_func=smooth,
    )
)

2.3. 结合更新器的变速缩放

首先创建了一个圆，并定义了一个更新器函数，使圆在每一帧渲染时按一定比例持续缩放。

接着通过ChangeSpeed类的静态方法add_updater将更新器应用到圆上，并根据speedinfo参数，使得更新器在动画中间部分速度变慢，从而实现了圆的变速缩放效果。

注意，这里要设置affects_speed_updaters=True，否则圆会匀速放大，使得speedinfo参数无效。

circle = Circle()
self.add(circle)

# 定义一个更新器函数，使圆持续缩放
def update_circle(circle, dt):
    circle.scale(1 + 0.1 * dt)

# 将更新器添加到圆上，并使用ChangeSpeed控制更新器的速度
ChangeSpeed.add_updater(circle, update_circle)
self.play(
    ChangeSpeed(
        Wait(4),
        speedinfo={0.3: 2, 0.4: 0.4, 0.7: 0.4, 1: 2},
        affects_speed_updaters=True,
    )
)

2.4. 动画组中元素的不同速度

在场景中添加了两条水平方向且一上一下的直线，通过ChangeSpeed类作用于AnimationGroup来实现不同速度的动画效果。

因为speedinfo参数只能设置一种速度因子，为了使两条直线的变色速度不一样，这里使用了一个技巧，设置两条直线变色的run_time不一样。

这样，即使它们的speedinfo参数一样，最终还是以不同节奏来变色。

l1 = Line(LEFT * 3, RIGHT * 3).shift(UP)
l2 = Line(LEFT * 3, RIGHT * 3).shift(DOWN)
self.add(l1, l2)

# 创建一个动画组，使两条线以不同的速度变色
self.play(
    ChangeSpeed(
        AnimationGroup(
            l1.animate(run_time=2).set_color(RED),
            l2.animate(run_time=4).set_color(BLUE),
        ),
        speedinfo={
            0.3: 1,
            0.6: 0.5,
            1: 1,
        },
        rate_func=linear,
    )
)

3. 附件

文中的代码只是关键部分的截取，完整的代码共享在网盘中（change_speed.py），

下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)