manim边学边做--带箭头直线

带箭头的直线就是有方向的直线，既可以用来表示矢量，也可以用来标记某个关键位置。
manim中提供了4种常用的带箭头的直线模块：

1. Arrow：单箭头的直线
2. DoubleArrow：双箭头的直线
3. LabeledArrow：带标签的直线
4. Vector：向量

其中，DoubleArrow，LabeledArrow和Vector都继承自Arrow模块，
而Arrow模块继承自上一次介绍的Line模块。

Vector表面看起来Arrow一样，也是一个单箭头直线，它们的主要区别在于：
Arrow需要设置起点和终点，而Vector只要设置终点，它的的起点固定为坐标系原点。

带箭头直线系列的模块位于manim中的Mobject之下。

1. 主要参数

Arrow模块的主要参数有：

参数名称	类型	说明
start	Point3D	起点
end	Point3D	终点
stroke_width	float	箭头的粗细
buff	float	箭头的长短
max_tip_length_to_length_ratio	float	箭头大小与线的粗细的比例，此值越大，箭头相对于线越大
max_stroke_width_to_length_ratio	float	线的粗细与箭头大小的比例，此值越大，线相对于箭头线越粗
tip_shape	VMobject	箭头的类型，本质就是一个几何对象

其中，start和end参数继承自Line模块。

DoubleArrow模块的参数与Arrow基本一致，只是它两头都有箭头。

Vector模块的主要参数有：

参数名称	类型	说明
direction	Point2D/Point3D	向量的方向，相当于终点

Vector模块只需要设置终点，也就是direction。其他参数可以参考Arrow模块。

模块LabeledArrow可以在箭头直线上加一个便签，用于添加额外的说明信息。

参数名称	类型	说明
label	str	标签中文字，可支持数学公式
label_position	float	标签位置，默认在直线正中间
font_size	float	标签字体大小
label_color	Color	标签颜色
label_frame	bool	是否显示标签背景
frame_fill_color	Color	标签背景颜色
frame_fill_opacity	float	标签背景透明度

2. 主要方法

Arrow模块的主要方法有：

名称	说明
get_default_tip_length	获取箭头的长度
get_normal_vector	获取向量的法线
reset_normal_vector	重置向量的法线
scale	缩放向量

DoubleArrow和LabeledArrow的方法和Arrow一样。

Vector除了上面Arrow的方法，还有一个自己特有的方法：

名称	说明
coordinate_label	基于向量的坐标显示向量的值

比如：

class ArrowExample(Scene):
    def construct(self):
        vec_1 = Vector([1, 3])
        vec_2 = Vector([-2, -2])
        label_1 = vec_1.coordinate_label(color=BLUE)
        label_2 = vec_2.coordinate_label(color=YELLOW)

        self.add(vec_1, vec_2, label_1, label_2)

3. 使用示例

3.1. 箭头和线的比例

通过buff，max_stroke_width_to_length_ratio和max_tip_length_to_length_ratio参数，
可以调整箭头和直线的比例，使之符合不同动画场景的需要。

# buff
vg = VGroup()
for buff in np.arange(0, 2, 0.5):
    vg.add(
        Arrow(
            buff=buff,
            start=2 * LEFT,
            end=2 * RIGHT,
        )
    )

vg.arrange(DOWN)
vg.move_to(2.5 * LEFT)
self.play(Create(vg), run_time=run_time)

# max_stroke_width_to_length_ratio
vg = VGroup()
for i in np.arange(0, 5, 1):
    vg.add(
        Arrow(
            max_stroke_width_to_length_ratio=i,
        ),
    )

vg.arrange(DOWN)
self.play(Create(vg), run_time=run_time)

# max_tip_length_to_length_ratio
vg = VGroup()
for i in np.arange(0, 0.3, 0.06):
    vg.add(
        Arrow(
            max_tip_length_to_length_ratio=i,
        ),
    )

3.2. 箭头的样式

箭头的样式不仅仅只有三角形，manim中内置了多种不同的箭头样式。

Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowCircleFilledTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowCircleTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowSquareFilledTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowSquareTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowTriangleFilledTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=ArrowTriangleTip,
)
Arrow(
    start=2 * LEFT,
    end=2 * RIGHT,
    tip_shape=StealthTip,
)

3.3. 向量的样式

向量是一种特殊的带箭头直线，它的起点默认在坐标原点。
其他的属性也可以和上面带箭头的一样进行设置。

vec1 = Vector([1, 1], color=BLUE)

vec2 = Vector(
    [-2, 1],
    color=RED,
    tip_shape=ArrowSquareTip,
)
label2 = vec2.coordinate_label(color=RED)

vec3 = Vector([2, -1.5], color=GREEN)

3.4. 带标签的箭头

最后，带箭头的直线和普通的直线一样，也可以添加标签信息，用于对直线进行说明。

LabeledArrow(
    label="y=kx+b",
    font_size=25,
    start=start,
    end=end,
)
LabeledArrow(
    label=txt1,
    start=start,
    end=end,
)
LabeledArrow(
    label="z=\sqrt{x^2+y^2}",
    font_size=25,
    start=start,
    end=end,
    label_color=RED,
    label_frame=False,
)
LabeledArrow(
    label=txt2,
    start=start,
    end=end,
    frame_fill_color=GREEN,
    frame_fill_opacity=0.8,
)

4. 附件

文中完整的代码放在网盘中了（arrow.py），
下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)