地球轉動(如何用Python代碼實現旋轉地球)

用python實現旋轉地球

素材

本文只講最簡單也是最常見的正側面旋轉地球。

首先你得有一張360度貼圖,效果如下圖。在網上搜一下,這種圖很多,容易獲得。

它的特點是高度恰好是寬度的一半,因為地球一周有360度,而從南極到北極只有180度。這種360度貼圖,標明了每個經緯度上地球的表面效果。仔細觀察會注意到,南北兩極變形劇烈,而中間地帶和我們經常見到的地圖比較相似。

我們稱它為經緯度貼圖。

基本原理

旋轉地球之所以看起來是旋轉的,只是因為它上面顯示的內容在變。其實起點只是一個圓。我們所做的,只是把經緯度貼圖中的像素以合理的方式貼到圓上去。然后再把一幀幀圖片連接為GIF動圖即可。

貼圖的方法是:

1、選擇圓內的所有點。

2、計算每一點對應的經緯度。

3、從經緯度貼圖上獲取該經緯度對應的xy坐標

4、獲取像素寫入圖片

5、制作GIF

計算過程是比較簡單的球面幾何,下面結合代碼講解。

1 獲得圓內所有的點

這個比較簡單

img=Image.new('RGBA',(300,300),'black')w=img.size[0]h=img.size[1]pxList=[]pyList=[]foriinrange(w):forjinrange(h):r=math.sqrt((i-w/2)**2+(j-h/2)**2)ifr<150:pxList.append(i)pyList.append(j)

2 計算經緯度

首先從平面坐標獲得三維坐標

球面上的任意一點,有一個規律是x2 + y2 + z2 = 1

我們就用這個原理,可以獲得圓內每個點的z值

根據x,y,z計算球面的經緯度

為了讓計算速度盡量快一些,這里用numpy

defcalcSphereXY2XYZ(px,py,maxHeight,longOffset):v0x=np.array(px)v0y=np.array(py)v03=np.subtract(v0x,maxHeight)v04=np.subtract(v0y,maxHeight)v1x=np.true_pide(v03,maxHeight)v1y=np.true_pide(v04,maxHeight)v07=np.power(v1x,2)v08=np.power(v1y,2)v09=np.add(v07,v08)v0a=np.subtract(1,v09)v1z=np.power(v0a,1/2)#z#print('z:',max(v1z),min(v1z))v1lat=np.multiply(v1y,math.pi/2)#latv0lon=np.arctan2(v1z,-v1x)v1lon=np.add(v0lon,longOffset)#longv2lon=np.fmod(v1lon,math.pi*2)#longreturnv2lon,v1lat

3 獲取經緯度對應的xy坐標

就是一個簡單的坐標映射

defcalcShpereLatLong2XY(vlon,vlat,width,height):v3x0=np.multiply(vlon,width/2/math.pi)v3y0=np.multiply(vlat,height/math.pi)v3y1=np.add(v3y0,height/2)v3x2=v3x0.astype(np.integer)v3y2=v3y1.astype(np.integer)returnv3x2,v3y2

4 獲得像素點,并寫入圖片

首先,載入經緯度貼圖的素材并轉為numpy格式

imgBack=Image.open('EARTH_small.bmp')width=imgBack.size[0]height=imgBack.size[1]imgBack=imgBack.convert('RGBA')arrayBack=np.array(imgBack)

注意轉換后的XY是反的,取點并直接賦值即可

color=arrayBack[npy,npx]foriinrange(len(pxList)):x=pxList[i]y=pyList[i]cc=color[i]#print(cc)cc=tuple(cc)img.putpixel((x,y),cc)

5 GIF制作

使用的是imageio庫

frames=[]foriinrange(0,360,10):a=-i*math.pi/180img=getPic(a)str1='temp%03d.png'%iimg.save(str1)im=imageio.imread(str1)frames.append(im)#img.show()imageio.mimsave('earth.gif',frames,'GIF',duration=0.25)

看完了這篇文章,相信你對如何用Python代碼實現旋轉地球有了一定的了解,想了解更多相關知識,歡迎關注本站行業資訊頻道,感謝各位的閱讀!