在Manim中使用背景图片让数学视频脱颖而出

做Manim动画久了，你是否厌倦了那万年不变的黑色虚空？很多初学者（甚至老手）都想给动画加个背景图，但往往会遇到两个问题：

  1. 怎么加 是把图片放进去，还是设置相机？
  2. 看不清 背景花里胡哨，前面的文字公式瞬间“隐身”了。

今天，我们就来揭开Manim动画中一个简单却强大的技巧–为动画添加背景。通过几个小示例，分别演示两种完全不同的背景处理思路。

1. 舞台布景法

使用ImageMobject类，这是最直观、最常用的方法。它的逻辑是：背景图片只是舞台上的一个普通演员，只是它长得特别大，而且站得特别靠后。

这种方式的特点是：

  • 高度灵活：背景就是个对象（Mobject），所以它可以动！你可以让背景旋转、平移、缩放，甚至改变颜色。

  • 层级管理：需要手动把它的 z_index 设低，或者最先添加它。

下面的第一个示例中，实现一个简单的动态背景，操作背景和操作一般的Mobject是一样的。

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class Method1ImageMobject(Scene):
    def construct(self):
        # 1. 加载图片（确保这个图片是存在的）
        bg = ImageMobject("./assets/紫色梦幻星空.jpg")

        # 2. 核心操作：撑满屏幕并允许超出
        # 我们把高度设为屏幕高度的 2 倍，这样才有移动的空间
        bg.scale_to_fit_height(config.frame_height * 2)

        # 3. 核心操作：放到最底层
        bg.set_z_index(-100)

        self.add(bg)

        # 前景物体
        text = Text("方法一：ImageMobject", font_size=40, color=WHITE)
        sub = Text("背景可以动！", font_size=24, color=YELLOW).next_to(text, DOWN)

        self.play(Write(text), FadeIn(sub))

        # 4. 演示优势：让背景缓慢移动
        self.play(bg.animate.shift(LEFT * 2), rate_func=linear)
        self.play(bg.animate.shift(UP * 2), rate_func=linear)
        self.play(bg.animate.shift(RIGHT * 2), rate_func=linear)
        self.play(bg.animate.shift(DOWN * 2), rate_func=linear)
        self.wait()

下面的示例也很简单，就是显示一段简单的公式。不过，大家可以比较看看，相比于默认的黑色背景，加一个学校的黑板背景，是不是更有亲和力？

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class Method2ImageMobject(Scene):
    def construct(self):
        # 1. 加载图片
        bg = ImageMobject("./assets/黑板.jpg")

        # 2. 调整大小铺满屏幕
        bg.scale_to_fit_height(config.frame_height)
        bg.scale_to_fit_width(config.frame_width)

        # 3. 核心操作：放到最底层
        bg.set_z_index(-100)
        self.add(bg)

        # 前景物体
        math = MathTex(r"\int_0^\infty e^{-x^2} dx = \frac{\sqrt{\pi}}{2}")
        self.play(Write(math))

2. 主角光环法

除了上面两种，还有一种比较特殊的方式，也就是BackgroundColoredVMobjectDisplayer类。它是一个负责渲染的类，专门处理一种特殊情况：当物体拥有“背景色描边”时，如何遮挡住它背后的东西。我们通过 set_background_stroke() 来调用这个机制。严格来说不是 “设置全屏背景”，而是 “给物体加一个局部背景（Matte）”，这是在花哨背景下生存的必备技能。它的特点是：

  • 局部遮挡：在文字或公式周围生成一圈不透明的轮廓。
  • 增强对比：专门用于解决“背景太花，文字看不清”的问题。

下面的示例故意构造了一个混乱的背景，然后比较看看，这两个一样的公式，是不是加了局部背景的公式更加清晰。

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class ReadableFormulaOnImage(Scene):
    def construct(self):
        # 1. 先设置一个很花的背景（这里为了演示，我们用随机噪点模拟一张复杂的图）
        # 实际使用中，请换成你的 image.jpg
        noise = Rectangle(width=16, height=10)
        noise.set_fill(color=[BLUE, RED, GREEN, YELLOW], opacity=0.5)
        # 把它搞得乱一点
        for _ in range(20):
            line = Line(
                start=[np.random.uniform(-7, 7), np.random.uniform(-4, 4), 0],
                end=[np.random.uniform(-7, 7), np.random.uniform(-4, 4), 0],
                color=random_color(),
                stroke_width=5,
            )
            self.add(line)
        self.add(noise)

        # 2. 普通的文字（在花背景下很难看清）
        bad_text = MathTex(r"\frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}")
        bad_text.shift(UP)

        # 3. 【核心技巧】使用 BackgroundColoredVMobject 机制
        # set_background_stroke 会给文字加一层“描边”
        # 这层描边是不透明的，会利用 Displayer 类遮挡住背景！
        good_text = MathTex(r"\frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}")
        good_text.set_background_stroke(color=BLACK, width=8)  # 黑色描边，宽度设大一点
        good_text.shift(DOWN)

        # 动画演示对比
        self.play(Write(bad_text))

        self.play(Write(good_text))  # 清晰可见！
        self.wait()

3. 两种方式比较

两种方式各有自己的应用场景，对比如下：

特性 舞台布景法 主角光环法
本质 场景中的一个巨大物体 物体自身的描边属性
主要用途 动态背景、视差滚动、多层背景 高亮主体、对抗花哨背景
动画能力 ⭐⭐⭐⭐⭐ (极强) ⭐⭐⭐ (跟随物体运动)
代码复杂度 中 (需手动调大小/层级) 低 (一行设置)
文档对应 Mobject 类 BackgroundColoredVMobjectDisplayer
最佳场景 漂浮的云、移动的星空 字幕、复杂背景下的公式

4. 总结

简单来说，如果你想做一段电影感的片头，背景需要缓慢推移，请用 舞台布景法；如果你发现文字看不清了，请使用 主角光环法 (set_background_stroke) 给文字加个 “光环”。好了，今天的教程就分享到这里，我也是一名Manim的学习新手，转载这篇文章主要是方便我自己学习Manim，感谢大家来到老刘博客。