一篇文章教你用Python绘画一个太阳系

在这篇文章中，我们将使用Python编程语言实现绘制太阳系的功能，主要包括以下几个部分：

1. 绘制太阳
2. 绘制行星
3. 绘制运动轨迹
4. 动画演示

绘制太阳

首先，我们需要导入Python中的matplotlib库，它可以用于各种类型的科学绘图。

import matplotlib.pyplot as plt

接下来，我们定义一个函数draw_sun()，该函数用于绘制太阳。

def draw_sun():
    circle = plt.Circle((0, 0), 1, color='yellow')
    plt.gca().add_artist(circle)

上述代码中，我们使用Circle函数创建一个半径为1的圆形，并设置颜色为yellow，表示太阳的颜色。然后，通过add_artist函数将圆形添加到图形中心位置。

绘制行星

类似于绘制太阳，我们也需要定义一个函数draw_planet()，用于绘制行星。

def draw_planet(distance, radius, color):
    circle = plt.Circle((distance, 0), radius, color=color)
    plt.gca().add_artist(circle)

这里的distance表示行星距离太阳的距离，radius表示行星的半径，color表示行星的颜色。我们同样使用Circle函数创建一个圆形，并设置属性，然后将其添加到图形中心的位置（distance，0）。

绘制运动轨迹

为了更好地展示行星运动的轨迹，我们还需要在太阳系图中添加运动轨迹。

def draw_orbit(distance):
    circle = plt.Circle((0, 0), distance, fill=False, color='gray', linestyle='--')
    plt.gca().add_artist(circle)

这里的distance表示行星距离太阳的距离，我们使用Circle函数创建一个半径为distance的圆形，并设置颜色为gray，边框样式为--，表示虚线。

动画演示

最后，我们将以上三个函数结合起来，实现一个完整的太阳系演示。

import numpy as np
import matplotlib.animation as animation

def animate(i):
    plt.cla()
    draw_sun()
    for planet in enumerate(planets):
        draw_planet(distance=planet[1]['distance'], radius=planet[1]['radius'], color=planet[1]['color'])
        draw_orbit(distance=planet[1]['distance'])

    for planet in planets:
        angle = planet['angle'] + planet['speed']
        planet['angle'] = angle
        x = planet['distance'] * np.cos(np.deg2rad(angle))
        y = planet['distance'] * np.sin(np.deg2rad(angle))
        planet['pos'] = [x, y]

    return

planets = [{'distance': 2, 'radius': 0.1, 'color': 'gray', 'speed': 0.5, 'angle': 0, 'pos': [0, 0]},
           {'distance': 1.5, 'radius': 0.05, 'color': 'blue', 'speed': 1, 'angle': 0, 'pos': [0, 0]},
           {'distance': 1, 'radius': 0.04, 'color': 'orange', 'speed': 1.5, 'angle': 0, 'pos': [0, 0]}]

fig = plt.figure(figsize=(6, 6))
ax = fig.add_subplot(111, aspect='equal')
plt.axis("off")

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=360, interval=50)
plt.show()

在上述代码中，我们使用numpy库生成角度值，并将其保存在行星字典中。然后，我们将draw_planet()、draw_orbit()和行星位置更新的逻辑结合起来，用于绘制行星的轨迹。最后调用FuncAnimation函数实现动画效果。

运行以上代码后，我们可以在图形窗口中看到一个动态的太阳系演示。

示例说明

示例1

我们定义一个行星{'distance': 2, 'radius': 0.1, 'color': 'gray', 'speed': 0.5, 'angle': 0, 'pos': [0, 0]}，表示与太阳的距离为2，半径为0.1，颜色为灰色，速度为0.5度/帧，起始位置为(0, 0)。我们将这个行星添加到planets列表中。然后，我们运行以上代码，就可以看到该行星在太阳系中沿着轨道运动。

示例2

我们定义三个行星，分别表示与太阳的距离、半径、颜色、速度和起始位置。然后，将这些行星添加到planets列表中。我们可以通过更改这些参数，来修改太阳系演示的形态。例如，将第一个行星的颜色改成黄色，第二个行星的速度改成2度/帧，第三个行星的半径改成0.06，就可以得到不同的太阳系演示效果。