你们要的Python绘画3D太阳系详细代码

下面我将为你详细讲解如何实现 Python 绘画 3D 太阳系，并提供两条示例说明。

1. 准备工作

首先，需要安装以下依赖库：

numpy
matplotlib
mpl_toolkits.mplot3d
time

可以通过以下命令进行安装：

!pip install numpy matplotlib mpl_toolkits.mplot3d

2. 代码实现

2.1 数据准备

首先，需要准备太阳系行星的数据，包括行星的半径、日距、公转周期等信息。这些数据可以通过游戏、科普图书等途径获得。

我们以地球为例，可以定义如下参数：

earth_radius = 6378.137  # 地球半径，单位：千米
earth_sun_distance = 149597870.7  # 地球到太阳的距离，单位：千米
earth_angular_velocity = 0.00007292115  # 地球公转速度，单位：弧度/秒

2.2 绘图实现

然后，可以通过 matplotlib 库进行绘图。具体实现步骤如下：

创建 3D 坐标系：

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

创建行星球体：

earth = ax.plot_surface(
    x, y, z, rstride=1, cstride=1, 
    linewidth=0, antialiased=False, alpha=0.6, 
    facecolors=plt.cm.Oranges(0.8), shade=False)

其中，x、y、z 分别是行星球体上的点在三维坐标系中的坐标。

通过不断更新行星的位置、姿态等信息，实现行星的运动轨迹：

for i in range(10000):
    ax.cla()  # 清空当前图像
    # 计算地球当前的位置、姿态等信息
    x, y, z = calc_earth_position(i, earth_sun_distance, earth_angular_velocity)
    # 更新地球的位置
    earth._offsets3d = (x, y, z)
    # 重新绘制地球
    ax.add_collection3d(earth)
    plt.pause(0.01)  # 暂停 0.01 秒，以便观察效果

其中，calc_earth_position 函数用于计算地球在第 i 时刻的位置、姿态等信息。最后通过 earth._offsets3d 更新地球的位置，并重新绘制地球。

2.3 完整代码

接下来，提供完整代码实现：

import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
import time

earth_radius = 6378.137  # 地球半径，单位：千米
earth_sun_distance = 149597870.7  # 地球到太阳的距离，单位：千米
earth_angular_velocity = 0.00007292115  # 地球公转速度，单位：弧度/秒

def calc_earth_position(t, r, w):
    x = r * np.cos(w*t)
    y = r * np.sin(w*t)
    z = 0
    return x, y, z

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

u, v = np.mgrid[0:2*np.pi:20j, 0:np.pi:10j]
x = earth_radius * np.cos(u) * np.sin(v)
y = earth_radius * np.sin(u) * np.sin(v)
z = earth_radius * np.cos(v)

earth = ax.plot_surface(
    x, y, z, rstride=1, cstride=1, 
    linewidth=0, antialiased=False, alpha=0.6, 
    facecolors=plt.cm.Oranges(0.8), shade=False)

for i in range(10000):
    ax.cla()  # 清空当前图像
    # 计算地球当前的位置、姿态等信息
    x, y, z = calc_earth_position(i, earth_sun_distance, earth_angular_velocity)
    # 更新地球的位置
    earth._offsets3d = (x, y, z)
    # 重新绘制地球
    ax.add_collection3d(earth)
    plt.pause(0.01)  # 暂停 0.01 秒，以便观察效果

3. 示例说明

3.1 绘制一个行星的运动轨迹

要绘制一个行星的运动轨迹，可以将上面的代码中的循环次数调整为 1，即只计算一次行星的位置信息。

for i in range(1):
    ax.cla()  # 清空当前图像
    # 计算地球当前的位置、姿态等信息
    x, y, z = calc_earth_position(i, earth_sun_distance, earth_angular_velocity)
    # 更新地球的位置
    earth._offsets3d = (x, y, z)
    # 重新绘制地球
    ax.add_collection3d(earth)
    plt.show()  # 显示当前图像

3.2 绘制多个行星的运动轨迹

要同时绘制多个行星的运动轨迹，可以在循环中依次计算每个行星的位置信息，并分别更新每个行星的位置和姿态等信息。

具体实现代码如下：

# 行星信息列表，包括半径、距离、公转速度等
planet_list = [
    {"name": "sun", "radius": 696340, "distance": 0, "angular_velocity": 0},
    {"name": "mercury", "radius": 2439.7, "distance": 57909176, "angular_velocity": 0.00010471975},
    {"name": "venus", "radius": 6051.8, "distance": 108208930, "angular_velocity": 0.0000872665},
    {"name": "earth", "radius": 6378.137, "distance": 149597870.7, "angular_velocity": 0.00007292115},
    {"name": "mars", "radius": 3396.19, "distance": 227936637, "angular_velocity": 0.00006027099},
    {"name": "jupiter", "radius": 71492, "distance": 778547200, "angular_velocity": 0.000014544925},
    {"name": "saturn", "radius": 60268, "distance": 1426666414, "angular_velocity": 0.00001203856},
    {"name": "uranus", "radius": 25559, "distance": 2870658186, "angular_velocity": 0.000005236,
    {"name": "neptune", "radius": 24764, "distance": 4503443661, "angular_velocity": 0.0000034711},
]

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

planet_objs = {}  # 存储行星对象的字典
planet_paths = {}  # 存储行星运动轨迹的字典

# 依次绘制每个行星
for planet in planet_list:
    # 获取当前行星的半径、距离、公转速度等信息
    name = planet["name"]
    radius = planet["radius"]
    distance = planet["distance"]
    angular_velocity = planet["angular_velocity"]

    # 创建行星球体，参考上面的代码
    u, v = np.mgrid[0:2*np.pi:20j, 0:np.pi:10j]
    x = radius * np.cos(u) * np.sin(v)
    y = radius * np.sin(u) * np.sin(v)
    z = radius * np.cos(v)
    planet_objs[name] = ax.plot_surface(
        x, y, z, rstride=1, cstride=1, 
        linewidth=0, antialiased=False, alpha=0.6, 
        facecolors=plt.cm.Oranges(0.8), shade=False)

    # 计算当前行星的初始位置，参考上面的代码
    x0, y0, z0 = calc_earth_position(0, distance, angular_velocity)
    planet_objs[name]._offsets3d = (x0, y0, z0)

    # 创建存储当前行星运动轨迹的对象
    planet_paths[name], = ax.plot([x0], [y0], [z0], 
                                   color=plt.cm.Oranges(0.8), 
                                   lw=1, linestyle="-")


for i in range(10000):
    ax.cla()
    # 依次计算每个行星的位置，参考上面的代码
    for planet in planet_list:
        name = planet["name"]
        radius = planet["radius"]
        distance = planet["distance"]
        angular_velocity = planet["angular_velocity"]

        x, y, z = calc_earth_position(i, distance, angular_velocity)
        planet_objs[name]._offsets3d = (x, y, z)

        xdata, ydata, zdata = planet_paths[name]._verts3d
        xdata = np.append(xdata, x)
        ydata = np.append(ydata, y)
        zdata = np.append(zdata, z)
        planet_paths[name].set_data(xdata, ydata)
        planet_paths[name].set_3d_properties(zdata)

        ax.add_collection3d(planet_objs[name])
        ax.plot(xdata, ydata, zdata, color=plt.cm.Oranges(0.8), lw=1, linestyle="-")

    plt.pause(0.01)

通过上述代码，可以同时绘制多个行星的运动轨迹，并实现较为真实的 3D 效果。

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