在Manim中局部缩放的场景类

老刘博客2024-11-172026-01-06

在动画制作中，尤其是数学和科学可视化领域，有时我们需要将观众的注意力集中在场景的某个特定部分。Manim提供了一个强大的工具 ZoomedScene，它允许我们在场景中创建一个独立的缩放视图，从而实现对局部细节的深入展示。本文将详细介绍ZoomedScene的作用、参数、方法，并通过实际示例展示其强大功能。

1. ZoomedScene概要

ZoomedScene是Manim中一个专门用于局部缩放的场景类。其核心功能是允许我们在主场景中创建一个独立的“缩放窗口”，通过这个窗口，可以清晰地展示场景中某个部分的细节。这种设计特别适用于以下场景：

数学公式推导：在展示复杂的数学公式时，可以使用ZoomedScene对公式中的关键部分进行放大，帮助观众更好地理解
科学实验演示：在展示微观现象（如细胞结构、分子运动）时，通过缩放功能，可以让观众更直观地观察细节。
工程设计展示：对于复杂的机械结构或电路设计，ZoomedScene可以帮助观众聚焦于关键部件
教育动画：在教学视频中，通过局部缩放，可以更有效地引导学生关注重点内容

1.1. 主要参数

ZoomedScene的主要参数有：

参数名称	类型	说明
camera_class	class	用于定义场景的相机类，默认为`MultiCamera`。它决定了场景的渲染方式
zoomed_display_height	float	缩放窗口的高度，默认值为 `3`
zoomed_display_width	float	缩放窗口的宽度，默认值为 `3`
zoomed_display_center	array	缩放窗口的中心位置，默认为`None`，表示自动计算
zoomed_display_corner	array	缩放窗口在场景中的角落位置，默认为`[1, 1, 0]`，表示窗口位于右上角
zoomed_display_corner_buff	float	缩放窗口与角落的距离，默认值为 `0.5`
zoomed_camera_config	dict	缩放相机的配置参数，例如背景透明度和边框宽度
zoomed_camera_image_mobject_config	dict	缩放相机图像的配置参数
zoomed_camera_frame_starting_position	array	缩放相机的初始位置，默认为`[0, 0, 0]`
zoom_factor	float	缩放比例，默认值为 `0.15`。它决定了缩放窗口与主场景的比例关系
image_frame_stroke_width	float	缩放窗口边框的宽度，默认值为`3`
zoom_activated	bool	是否激活缩放功能，默认为`False`

1.2. 主要方法

ZoomedScene的主要方法有：

名称	说明
activate_zooming	激活缩放功能
get_zoom_factor	获取当前的缩放比例
get_zoom_in_animation	返回一个缩放动画
get_zoomed_display_pop_out_animation	返回缩放窗口弹出的动画

2. 使用示例

为了更好地理解ZoomedScene的功能，我们将通过四个实际示例展示其特点。

2.1. 公式的局部放大

视频中展示欧拉公式时，在另一个位置中展示公式的局部放大。在讲解复杂的公式时，可以使用这个功能来突出显示其中的正在讲解的参数。

from manim import *

class ZoomedFormulaExample(ZoomedScene):
    def __init__(self):
        super().__init__(
            zoomed_display_height=2,
            zoomed_display_width=5,
            zoomed_display_center=[0, 1.75, 0],
            zoomed_camera_config={"default_frame_stroke_width": 1},
            image_frame_stroke_width=1,
    )
    def construct(self):
        # 添加标题
        title = Text("公式的局部放大", font="STLiti", font_size=25).to_edge(UP).shift(LEFT)
        line = Line(LEFT * 3, RIGHT * 5, color=BLUE).next_to(title, DOWN, buff=0.1)
        self.play(Write(title), Create(line))
        self.wait(0.5)
        
        # 添加公式
        formula = MathTex("e^{i\\pi} + 1 = 0").scale(2)
        self.play(Create(formula))
        self.wait(0.5)
        
        # 激活放大
        self.activate_zooming(animate=True)
        self.wait(0.5)
        
        # 放大动画
        self.play(self.get_zoom_in_animation(run_time=2))
        self.wait(2)

实际的显示效果如下：

我感觉这段代码比较有意思

def __init__(self):
    super().__init__(
        zoomed_display_height=2,
        zoomed_display_width=5,
        zoomed_display_center=[0, 1.75, 0],
        zoomed_camera_config={"default_frame_stroke_width": 1},
        image_frame_stroke_width=1,
)

这段代码实际上就是对方法框的一个设置，可以对应查阅里面的属性，缩放窗口的高度，缩放窗口的宽度，缩放窗口的中心位置，同时，将 __init__ 方法添加到类中，使用 super().__init__() 初始化父类，在 __init__ 方法中传入放大相关的配置参数：

zoomed_display_height=2: 放大显示区域的高度
zoomed_display_width=5: 放大显示区域的宽度
zoomed_display_center=[0, 1.75, 0]: 放大显示区域的中心位置
zoomed_camera_config: 放大相机的配置
image_frame_stroke_width=1: 图像框的边框宽度

2.2. 不同图形的细节

这个示例交互式切换圆形 / 正方形的局部观察。

from manim import *

class ZoomedShapesExample(ZoomedScene):
    def __init__(self, **kwargs):
        super().__init__(
            zoomed_display_height=2,
            zoomed_display_width=5,
            zoomed_display_center=[0, 1.75, 0],
            zoomed_camera_config={"default_frame_stroke_width": 1},
            image_frame_stroke_width=1,
        )
    
    def construct(self):
        # 创建图形并设置位置
        circle = Circle(color=RED).shift(LEFT * 2)
        square = Square(color=BLUE).shift(RIGHT * 2)
        
        # 创建标题
        title = Text("图形细节演示", font_size=25).to_edge(UP)
        self.play(Write(title))
        
        # 显示图形
        self.play(Create(circle), Create(square))
        
        # 激活缩放并设置初始位置
        self.activate_zooming(animate=True)
        zoom_frame = self.zoomed_camera.frame
        
        # 缩放圆形区域
        self.play(zoom_frame.animate.move_to(circle))
        self.wait(0.5)
        
        # 缩放正方形区域
        self.play(zoom_frame.animate.move_to(square))
        self.wait()

来看演示的动画效果

2.3. 切换不同的部分

这个示例演示逐步放大图中不同节点的过程。

from manim import *

class ZoomedDotsExample(ZoomedScene):
    def __init__(self, **kwargs):
        super().__init__(
            zoomed_display_height=2,
            zoomed_display_width=5,
            zoomed_display_center=[0, 1.75, 0],
            zoomed_camera_config={"default_frame_stroke_width": 1},
            image_frame_stroke_width=1,
        )
    
    def construct(self):
        # 创建标题
        title = Text("切换不同部分", font_size=25).to_edge(UP)
        self.play(Write(title))
        
        # 创建三个点
        dots = VGroup(
            Dot(color=GREEN),
            Dot(color=YELLOW),
            Dot(color=BLUE)
        ).arrange(RIGHT, buff=2)
        
        self.play(Create(dots))
        
        # 激活缩放
        self.activate_zooming(animate=True)
        zoom_frame = self.zoomed_camera.frame
        
        # 依次缩放每个点
        for dot in dots:
            self.play(zoom_frame.animate.move_to(dot))
            self.wait(0.5)
        
        self.wait()

来看演示的效果

我个人更感兴趣的是这个代码

1	for dot in dots:

for...in 循环 是 Python 中的一种循环结构，用于遍历序列（如列表、元组、字符串）或其他可迭代对象的元素。

1	for 变量 in 可迭代对象:

# 遍历列表
fruits = ["苹果", "香蕉", "橙子"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)
# 输出：
# 苹果
# 香蕉
# 橙子

有些时候还是要学一学Python语言的基础知识的，虽然AI可以帮助我们写代码，更多的时候我们还是需要自己适当的调整代码，知识储备还是要有的。