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Python视频制作工具Manim入门，基础形状详细介绍

2022-03-09

来源：Python数据之道

作者：阳哥

01、写在前面

最近几个月，我在微信视频号「价值前瞻」和「Python数据之道」发布了一些视频，有不少同学问到这些视频是怎么做的，用什么工具制作的。

在文章用 python 制作高逼格的数学动画中，我跟大家介绍了 Manim 这个视频制作工具，以及以及案例演示。

不少同学觉得这个工具不错，问到有没有完整的使用教程或者相关书籍。据我所知，目前应该是没有专门的书籍来介绍这个工具的。至于教程，不同版本的Manim有一部分文档，其中 Manim社区版的文档相对而言要完善些。

本次，我将基于 Manim社区版(Manim Community)给大家分享Manim入门的第一部分，基础形状的使用。

本次使用的版本为 Manim Community v0.14.0，文中介绍的基础形状如下：

02、Manim的安装与运行

安装

如何安装社区版Manim，参见下面的官方链接：

https://docs.manim.community/en/stable/installation.html

如何运行 Manim

用 Manim 绘制图形，首先需要引入 Manim 库，然后将需要绘制的内容封装到一个类(class) 里面。

社区版的导入代码如下：

from manim import *

对于编辑好的程序文件（ XXXX.py 文件），需要在同一个文件夹下运行命令来运行程序，命令格式如下：

manim -pql XXXX.py DemoSquare

上面的命令行中：

manim 是社区版Manim运行程序的主要标志用语；
p 表示程序运行后会进行预览（图片或视频）；
ql 表示低质量（quality low）, 其他的选项有 -ql, -qm, -qh, -qk, 分别表示低质量、正常质量、高质量、4K质量；
XXXX.py 是py代码文件；
DemoSquare 是 py代码文件中的一个类；

演示过程录屏如下：

命令行中，还有其他许多参数可以设置，可以通过社区版的支持文档来进一步了解：

https://docs.manim.community/en/stable/tutorials/configuration.html#command-line-arguments

03、Manim 的基础形状介绍

通用属性

Manim 中基础形状有些属性和方法，对于大部分形状是通用的，因此在介绍具体的形状之前，在这里通过正方形来讲解下形状的基础用法。

在下面的案例中，实现了对正方形的边框颜色设置、线宽度设置、填充颜色、旋转、大小变换等。

# manim -pql manimce-intro-01.py DemoSquare class DemoSquare(Scene): def construct(self):
        WaterMark.construct(self)
        r = 1 sq1 = Square(
            side_length=2 * r,
            color=BLUE,
        )
        sq1.to_corner(UL,buff=2) self.add(sq1) self.wait()

        sq2 = Square(
            side_length=2 * r,
            color=BLUE,
            stroke_width=10, # 设置边框线的粗细 )
        sq2.next_to(sq1,RIGHT,buff=1) self.add(sq2) self.wait()

        sq3 = Square(
            side_length=2 * r,
            color=BLUE,
            fill_color=ORANGE, # 设置填充颜色 fill_opacity=0.5, # 设置透明度 )
        sq3.next_to(sq2,RIGHT,buff=1) self.add(sq3) self.wait() # 形状大小变换 sq4 = sq1.copy()
        sq4.scale(0.6) # 缩小到 60% sq4.next_to(sq1,DOWN,buff=0.5) self.add(sq4) self.wait() # 形状旋转 sq5 = sq2.copy()
        sq5.rotate(45*DEGREES) # 旋转45度 sq5.next_to(sq2,DOWN,buff=0.5) self.add(sq5) self.wait()

演示效果如下：

点

对于点， manim 中目前有几种不一样的形状可以来展示，包括：

Dot
AnnotationDot
LabeledDot

class DemoDot(Scene): def construct(self):
        WaterMark.construct(self)
        g = Group( # 点 Dot(color=PINK),
            AnnotationDot(stroke_color=YELLOW, fill_color=BLUE,fill_opacity=1), # 带文字标签的点 LabeledDot(Tex("2022", color=RED)),
            LabeledDot(MathTex("a", color=GREEN)),
            LabeledDot(Text("Python数据之道", color=BLUE)).scale(0.3),
            LabeledDot("Lemon"),
        )
        g.arrange(RIGHT,buff=0.5).scale(1.5)
        g[:2].move_to(UP*1.5)
        g[2:].next_to(g[:2],DOWN,buff=1) for shape in g: self.add(shape) self.wait(0.5)

演示效果如下：

线

在这里，线的形状，包括直线、虚线、箭头、双箭头、弯曲的箭头等，如下：

Line
DashedLine
Arrow
DoubleArrow
CurvedArrow

class DemoLine(Scene): def construct(self):
        WaterMark.construct(self)
        g = Group( # 线 Line(0.5*LEFT,0.5*RIGHT,color=YELLOW), # 虚线 DashedLine(0.5*LEFT,0.5*RIGHT,color=TEAL), # 箭头 Arrow(color=BLUE), 
            Arrow(color= BLUE, tip_shape=ArrowCircleFilledTip), #  ArrowCircleTip Arrow(color= BLUE, tip_shape=ArrowSquareTip),# ArrowSquareFilledTip # 双箭头 DoubleArrow(color=BLUE), # 弯曲的箭头 CurvedArrow(LEFT,RIGHT,angle=90*DEGREES,color= BLUE), 
        )
        g.arrange(RIGHT,buff=0.5)
        g[:3].move_to(UP*1.5)
        g[3:].next_to(g[:3],DOWN,buff=1) for shape in g: self.add(shape) self.wait(0.5)

演示效果如下：

圆形

圆形包括圆、圆环、扇形、椭圆、弧形等，如下：

Circle
Annulus
Ellipse
Sector
Arc
ArcBetweenPoints

class DemoCircle(Scene): def construct(self):
        WaterMark.construct(self)
        g = Group( # 圆形 Circle(radius=0.8,color=YELLOW,fill_color=BLUE,fill_opacity=1), # 圆环 Annulus(inner_radius=0.7, outer_radius=1,fill_color= DARK_BLUE, stroke_color=YELLOW, stroke_width=4), # 椭圆 Ellipse(color= BLUE), # 扇形 Sector(inner_radius=0.7, outer_radius=1,fill_color= BLUE, stroke_color=YELLOW, stroke_width=4), # 弧形 Arc(radius=1.3, start_angle=-PI/8, angle=PI,color= BLUE),
            ArcBetweenPoints(start=2 * RIGHT, end=2*LEFT, stroke_color=BLUE) ,
        )
        g.arrange(RIGHT,buff=0.5)
        g[:3].move_to(UP*1.5)
        g[3:].next_to(g[:3],DOWN,buff=1) for shape in g: self.add(shape) self.wait(0.5)

演示效果如下：

矩形

矩形类的形状，是咱们经常使用到的一类图形，在 manim 中包括：

Rectangle
RoundedRectangle
Square

class DemoRect(Scene): def construct(self):
        WaterMark.construct(self)
        g = Group( # 矩形 Rectangle(width=1,height=0.6,color=BLUE,fill_color=ORANGE,fill_opacity=1),
            Rectangle(width=1,height=0.6,color=BLUE,grid_xstep=0.5,grid_ystep=0.2), # 圆角矩形 RoundedRectangle(corner_radius=0.3,width=1,height=0.6,fill_color=PURPLE,fill_opacity=1), # 正方形 Square(
            side_length=1,
            color=BLUE,
            fill_color=ORANGE, # 设置填充颜色 fill_opacity=0.5, # 设置透明度 ),
        )
        g.arrange(RIGHT,buff=0.5).scale(2) for shape in g: self.add(shape) self.wait(0.5)

演示效果如下：

多边形

多边形性，相对来说要复杂些，主要是需要设置边缘点的位置，在manim中有多种方式来表示多边形，包括：

Triangle
Polygon
RegularPolygon
Star
Polygram
RegularPolygram

class DemoPolygon(Scene): def construct(self): WaterMark.construct(self) g = Group( # 正三角形 Triangle(radius=2,color=BLUE), # 三角形 Polygon([-5, 1.5, 0], [-2, 1.5, 0], [-3.5, -2, 0]), # 多边形 Polygon([-5, 1.5, 0], [-2, 1.5, 0], [-2.5, -2, 0], [-4.5, -1.5, 0]), #正多边形 RegularPolygon(n=6,color=BLUE), # 星型 Star(color=BLUE), #多边形 Polygram( [[0, 2, 0], [-np.sqrt(3), -1, 0], [np.sqrt(3), -1, 0]], [[-np.sqrt(3), 1, 0], [0, -2, 0], [np.sqrt(3), 1, 0]],), RegularPolygram(num_vertices = 7), RegularPolygram(5, radius=1), ) g.arrange(RIGHT,buff=0.5).scale(0.7) g[:4].move_to(UP*1.5) g[4:].next_to(g[:3],DOWN,buff=1) for shape in g: self.add(shape) self.wait(0.5)

演示效果如下：

符号

在manim 中，也经常会用到大括号等形状，如下：

class DemoCross(Scene): def construct(self):
        WaterMark.construct(self) # 十字叉 cross = Cross(stroke_color = BLUE,stroke_width=20).scale(0.8)
        cross.to_corner(UL,buff=2) self.add(cross) self.wait(0.5) # 大括号 br1 = Brace(Line(LEFT,RIGHT),color= BLUE)
        br1.next_to(cross,RIGHT,buff=0.5) self.add(br1) self.wait(0.5) # 带文字的大括号 line=Line(LEFT,RIGHT) 
        br2= BraceLabel(line, text= "14cm", color= YELLOW, buff=0.1) 
        br2.submobjects[1].set_color(BLUE) self.add(VGroup(line,br2).next_to(br1,RIGHT,buff=0.5)) self.wait(0.5) # 带弧度的大括号 arc = Arc(radius=1,start_angle=0,angle=3*PI/4) 
        br3 = ArcBrace(arc).set_color(BLUE) self.add(VGroup(arc,br3).next_to(VGroup(line,br2),RIGHT,buff=0.5)) # self.add(arc,br3) self.wait(0.5)