manim边做边学--图形的创建与销毁

上一篇介绍了文字相关的创建和销毁动画，本篇介绍几个用于几何图形的创建和销毁动画效果类。

1. Create：用于在场景中生成一个完整的Mobject（可渲染对象）
2. Uncreate：是Create的逆操作，用于将已经存在于场景中的Mobject从场景中移除
3. DrawBorderThenFill：用于分两步展示一个图形对象
4. ShowIncreasingSubsets：用于展示一个包含多个子对象的父对象中的子集逐步增加的过程
5. ShowSubmobjectsOneByOne：专注于逐个显示一个复杂对象中的子对象
6. SpiralIn：使对象以螺旋式的路径进入场景

1. 动画函数概要

上面的几个动画函数基本都是创建元素用的，用于销毁元素的只有Uncreate函数。

1.1. Create

Create动画效果的核心作用是将一个Mobject在场景中瞬间生成并显示出来。

它就像是一个开关，从不可见状态切换到可见状态，用于在场景中引入新的元素，如几何图形、文本对象等。

它的主要参数有：

参数名称	类型	说明
mobject	VMobject	要创建的动画对象
lag_ratio	float	用于控制动画中对象出现的延迟比例
introducer	bool	指定一个用于引入或引导动画对象的动画效果

introducer参数不常用，它的具体用法和效果可能因版本而异。

1.2. Uncreate

与Create相反，Uncreate的主要作用是将场景中已经存在的Mobject从可见状态转换为不可见状态，实现对象的移除效果。

它的主要参数有：

参数名称	类型	说明
mobject	VMobject	要销毁的动画对象

1.3. DrawBorderThenFill

DrawBorderThenFill适用于绘制有填充效果的图形。

比如在展示一个复杂的多边形或者自定义形状时，先绘制轮廓可以让观众清楚地看到图形的边界，然后再填充图形中间的部分。

它的主要参数有：

参数名称	类型	说明
mobject	VMobject	要创建的动画对象
run_time	float	动画的持续时间
rate_func	func	动画的速率函数
draw_border_animation_config	dict	绘制边框的动画配置
fill_animation_config	dict	填充内部的动画配置

1.4. ShowIncreasingSubsets

ShowIncreasingSubsets可以按照一定的顺序（通常是根据对象在集合中的顺序）逐个或者逐组地显示对象，具有很好的层次感和递进感，能够引导观众逐步理解整体对象是如何由各个部分组成的。

它的主要参数有：

参数名称	类型	说明
group	VMobject	要创建的动画对象（一般由多个子对象组成）

1.5. ShowSubmobjectsOneByOne

ShowSubmobjectsOneByOne类似于ShowIncreasingSubsets，但更侧重于逐个显示一个复杂对象中的子对象。

比如在展示一个分层的图形结构（如多层嵌套的几何图形）或者一个具有多个组成部分的动画角色时，逐个显示子对象可以详细地展示其内部结构。

它的主要参数有：

参数名称	类型	说明
group	VMobject	要创建的动画对象（一般由多个子对象组成）

1.6. SpiralIn

SpiralIn以其独特的螺旋式进入方式来吸引观众的注意力，使对象的出现更具动态感和空间感。

这种动画效果可以让场景看起来更加生动和富有创意。

它的主要参数有：

参数名称	类型	说明
shapes	VMobject	要创建的动画对象
scale_factor	float	控制对象沿螺旋路径进入场景时的缩放比例
fade_in_fraction	float	控制对象在沿螺旋路径进入场景时的淡入效果

2. 使用示例

下面还是通过示例来演示各种动画效果及其主要参数。

2.1. Create和Uncreate

这个示例通过设置速率函数演示元素的创建和销毁方式，示例中有3种速度，分别为匀速，逐渐变慢（按照时间的平方根来渲染）和逐渐变快（按照时间的平方来渲染）。

s1 = Square(color=BLUE)
s2 = Square(color=GREEN)
s3 = Square(color=YELLOW)

VGroup(s1, s2, s3).scale(0.8).arrange(RIGHT, buff=0.5)
self.play(
    Create(s1, rate_func=lambda x: x),
    Create(s2, rate_func=lambda x: np.sqrt(x)),
    Create(s3, rate_func=lambda x: x**2),
    run_time=2,
)
self.wait()
self.play(
    Uncreate(s3, rate_func=lambda x: x),
    Uncreate(s2, rate_func=lambda x: np.sqrt(x)),
    Uncreate(s1, rate_func=lambda x: x**2),
    run_time=2,
)

2.2. DrawBorderThenFill

DrawBorderThenFill动画的特点是先渲染边框，再填充内部，这个示例通过绘制一个简单的儿童画，来演示其特点。

t = Triangle(fill_opacity=1, fill_color=BLUE_D)
s = Square(side_length=1.5, fill_opacity=1, fill_color=ORANGE)
r = Rectangle(height=1, width=0.5, fill_opacity=1, fill_color=PURPLE)

c1 = Circle()
c2 = Circle()
c3 = Circle()

self.play(DrawBorderThenFill(t), run_time=run_time)
self.play(DrawBorderThenFill(s), run_time=run_time)
self.play(DrawBorderThenFill(r), run_time=run_time)
self.play(
    DrawBorderThenFill(c1),
    DrawBorderThenFill(c2),
    DrawBorderThenFill(c3),
    run_time=run_time,
)

2.3. ShowIncreasingSubsets和ShowSubmobjectsOneByOne

这个示例演示ShowIncreasingSubsets和ShowSubmobjectsOneByOne的区别，

ShowIncreasingSubsets是逐步渲染一个个子对象，已经渲染的子对象会保留下来；

而ShowSubmobjectsOneByOne虽然也是逐步渲染一个个子对象，但是渲染下一个子对象时，会清理上一个子对象。

所以，使用ShowSubmobjectsOneByOne时，始终只有一个子对象被显示出来。

# 创建一个由多个小正方形组成的大正方形
squares = VGroup()
colors = [BLUE, GREEN, YELLOW]
for x in range(3):
    for y in range(3):
        square = Square(
            side_length=0.5,
            stroke_width=1,
            stroke_color=RED,
            fill_opacity=0.5,
            fill_color=colors[y],
        ).shift(x * 0.5 * RIGHT + y * 0.5 * UP)
        squares.add(square)

vg = VGroup(squares, squares.copy())
vg.arrange(RIGHT, buff=1)

# 使用ShowIncreasingSubsets动画展示
# 使用ShowSubmobjectsOneByOne动画展示
self.play(
    ShowIncreasingSubsets(vg[0]),
    ShowSubmobjectsOneByOne(vg[1]),
    run_time=3,
)

2.4. SpiralIn

这个示例演示了SpiralIn函数通过旋转方式创建元素的方式，第一次的2个图形以默认的参数旋转进场；

第二次的3个图形则以更小的旋转半径（通过scale_factor参数）旋转进场。

c = Circle(color=GREEN_C, fill_opacity=1).shift(LEFT)
s = Square(color=BLUE_D, fill_opacity=1).shift(UP)
shapes = VGroup(c, s)
self.play(SpiralIn(shapes))
self.wait()
self.remove(shapes)

t = Triangle(color=RED_D, fill_opacity=1)
shapes = VGroup(c, s, t)
self.play(SpiralIn(shapes, scale_factor=0.5))

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（graph.py），

下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)