manim边做边学--交替变换

今天，我们将介绍 Manim 中两个用于交替变换的动画类：CyclicReplace 和 Swap。

无论是在展示数学概念的动态变化，还是在图形设计中呈现元素的巧妙交互，这两个动画类都扮演着重要角色。

它们以各自独特的方式，为我们提供了丰富的创意表达空间。

1. CyclicReplace：循环替换一组对象的位置
2. Swap：交换两个特定对象的位置

1. 动画概述

1.1. CyclicReplace

当你需要循环替换一组对象的位置时，CyclicReplace 是一个非常有用的动画类。

例如，有一组按顺序排列的元素，并且想要给人一种元素依次循环移动位置的视觉效果，类似于一个循环队列的元素循环操作，那么使用 CyclicReplace 可以很好地实现这一效果。

它可以用于展示元素之间的循环依赖关系，或者周期性的位置调整，给人一种周期性变化的直观感受。

CyclicReplace 的特点是将一组 Mobject按照某种循环顺序进行位置交换。

比如，对于一组元素 [A, B, C, D]，它可能会将 A 的位置替换为 B 的位置，B 的位置替换为 C 的位置，以此类推，最后将 D 的位置替换为 A 的位置。

它的参数主要有：

参数名称	类型	说明
mobjects	[Mobject]	要进行变换的 mobject 列表
path_arc	float	mobjects 到达目标位置所遵循的弧的角度

1.2. Swap

Swap 动画类适用于需要交换两个特定对象位置的场景。

当你有两个对象，你想清晰地展示它们位置的互换时，使用 Swap 动画可以实现直接交换位置的效果。

常见的应用场景包括交换等式中的两个元素，交换图表中的两个数据点或交换布局中的两个元素，以强调它们的等价性或某种关联关系。

也可以用于对比前后两个对象位置不同但功能或属性相同的情况，通过交换位置来突出它们的互换性。

与 CyclicReplace 不同，Swap 主要针对两个对象进行操作。

它将精确地交换这两个对象的位置，使它们在动画结束时位置互换。

它的参数主要有：

参数名称	类型	说明
mobjects	[Mobject]	参与交换的 Mobject
path_arc	float	象在交换过程中所遵循的弧的角度

2. 使用示例

下面通过示例来演示在哪些场景下可以使用上面的两个动画类。

2.1. 元素的循环移动

这个示例展示了三个不同形状（圆形、正方形和三角形）的循环位置替换，直观地体现了 CyclicReplace 如何循环移动一组对象。

circle = Circle()
square = Square()
triangle = Triangle()

shapes = VGroup(circle, square, triangle)
shapes.arrange(RIGHT)

self.add(shapes)
self.play(CyclicReplace(*shapes))
self.play(CyclicReplace(*shapes))
self.play(CyclicReplace(*shapes))

2.2. 模拟循环队列的元素移动

这个示例模拟了一个简单的循环队列，数字 1 到 5 按顺序排列，通过 CyclicReplace 动画展示了它们像在循环队列中一样循环移动位置。

numbers = [Text(str(i)) for i in range(1, 6)]
number_group = VGroup(*numbers).arrange(RIGHT)

self.add(number_group)
self.play(CyclicReplace(*number_group))
self.play(CyclicReplace(*number_group))
self.play(CyclicReplace(*number_group))
self.play(CyclicReplace(*number_group))
self.play(CyclicReplace(*number_group))

2.3. 交换等式两边的元素

在数学等式的场景中，先展示一个简单的等式 x + 5 = 10，然后使用 Swap 交换等式中的元素。

eq = MathTex(r"x + 5 = \quad 10")
eq[0][0].set_color(GREEN)
eq[0][2].set_color(BLUE)
eq[0][4:6].set_color(RED)

self.add(eq)
self.play(Swap(eq[0][0], eq[0][2]))
self.wait()
self.play(Swap(eq[0][0:3], eq[0][4:6]))

2.4. 对称交换两个图形的位置

这个示例通过交换左右两个不同图形（圆形和正方形）的位置，展示了 Swap 在图形布局中用于突出对称关系或位置交换的效果。

left_circle = Circle().shift(LEFT)
right_square = Square().shift(RIGHT)

self.add(left_circle, right_square)
self.wait(0.5)
self.play(Swap(left_circle, right_square))

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（swap.py），

下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)