绘制大于绘图的图形 - Python

Python 是一门功能强大、广泛应用的编程语言，拥有许多用于数据分析、深度学习、自然语言处理等领域的库和框架。其中，一款名叫 Pygame 的库被广泛应用于 2D 游戏开发，而 Matplotlib、Seaborn、Plotly 等库则是数据可视化领域的不二之选。

然而，在某些场合下，我们可能需要更高级的图形来表达我们的想法。这就需要了解一些高级绘图库。

Turtle

Turtle 是 Python 自带的一个基于 Tkinter 的图形化模块，它可以用来绘制 2D 图形。

它的用法很简单。首先，需要导入 turtle 模块：

import turtle

然后，就可以使用它提供的函数来进行绘图了。比如，下面的代码会绘制一个平移不变图形（Sierpinski 三角形）：

def draw_triangle(length, cur_depth):
    if cur_depth == 0:
        for _ in range(3):
            turtle.forward(length)
            turtle.left(120)
    else:
        draw_triangle(length / 2, cur_depth - 1)
        turtle.forward(length / 2)
        draw_triangle(length / 2, cur_depth - 1)
        turtle.backward(length / 2)
        turtle.left(60)
        turtle.forward(length / 2)
        turtle.right(60)
        draw_triangle(length / 2, cur_depth - 1)
        turtle.left(60)
        turtle.backward(length / 2)
        turtle.right(60)


if __name__ == '__main__':
    turtle.speed(0)
    draw_triangle(200, 4)
    turtle.mainloop()

在上述代码中，draw_triangle 函数是递归绘制的。它首先会判断当前深度是否为 0，如果是，则会绘制一个等边三角形；否则，会递归调用 draw_triangle 函数，并在适当的位置进行相应的平移、旋转操作。

值得注意的是，这里使用了 turtle.speed(0)，这可以提高绘图速度。

Pycairo

Pycairo 是一个 Python 的绘图库，它是 cairo 库的 Python 封装。cairo 是一个支持多种输出设备的 2D 绘图库，可以输出 PDF、SVG、PNG、PS 等多种格式。

Pycairo 可以用于绘制复杂的 2D 图形。下面的代码会绘制一个心形：

import cairo


def draw_heart_surface(width, height, output_path):
    surface = cairo.ImageSurface(cairo.FORMAT_ARGB32, width, height)
    cr = cairo.Context(surface)

    # 绘制心形
    cr.scale(width, height)
    cr.arc(0.5, 0.4, 0.2, 0, 2 * 3.14159)
    cr.move_to(0.3, 0.62)
    cr.arc(0.25, 0.62, 0.05, 0, 2 * 3.14159)
    cr.move_to(0.5, 0.62)
    cr.arc(0.45, 0.62, 0.05, 0, 2 * 3.14159)
    cr.set_fill_rule(cairo.FILL_RULE_EVEN_ODD)
    cr.set_source_rgb(1, 0, 0)
    cr.fill()

    # 保存图像
    surface.write_to_png(output_path)


if __name__ == '__main__':
    draw_heart_surface(400, 400, "heart.png")

在上述代码中，我们使用了 cairo.Context 类来进行绘图操作。首先，我们创建一个 ImageSurface，并使用其创建一个 Context。然后，我们依次调用 arc、move_to 等函数来进行绘制。最后，使用 set_fill_rule(cairo.FILL_RULE_EVEN_ODD) 函数和 set_source_rgb 函数设置绘制的颜色和填充方式。

PyVista

PyVista 是一个基于 VTK（Visualization Toolkit）的 Python 绘图库，可以用于 2D 和 3D 数据的可视化。

下面的代码会绘制一个立方体：

import pyvista as pv


def draw_cube(output_path):
    # 创建立方体
    mesh = pv.Cube()

    # 设置渲染效果
    plotter = pv.Plotter()
    plotter.add_mesh(mesh, show_edges=True, color="white")

    # 设置相机位置和角度
    plotter.camera_position = [(2, 2, 2), (0, 0, 0), (0, 0, 1)]
    plotter.camera.up = (0, 0, 1)
    plotter.camera.view_angle = 30
    plotter.camera.clipping_range = (0.1, 10)

    # 渲染并保存图像
    plotter.show(interactive=False)
    plotter.screenshot(output_path)


if __name__ == '__main__':
    draw_cube("cube.png")

在上述代码中，我们首先使用 pv.Cube() 创建一个立方体。然后，使用 pv.Plotter() 创建一个渲染器，调用 add_mesh 函数将立方体加入渲染器中，并设置了一些渲染效果。接着，我们设置了相机的位置和角度，并调用 plotter.show 函数进行渲染。最后，使用 plotter.screenshot 函数保存图像。

总结

除了上述介绍的三款高级绘图库，还有许多其他的库可以用于应对各种需求。通过了解这些高级绘图库，可以更加灵活地进行绘图操作，实现更加丰富的图形效果。