manim边学边做–标准相机

在Manim动画制作库中，Camera类是负责管理屏幕显示内容的核心类，其功能涵盖场景设置、对象渲染、坐标转换等多个关键方面。

Camera类作为Manim中渲染流程的核心，在动画制作中主要作用包括：

1. 初始化场景：设置背景、分辨率等基本参数
2. 渲染对象：通过捕获和渲染Mobject，生成每一帧的像素数组
3. 调整渲染细节：通过调整像素数组、背景颜色等，优化渲染效果
4. 生成输出：将像素数组转换为图像或视频帧

Camera类是Manim中实现渲染功能的基础类，它通过管理像素数组和渲染逻辑，将复杂的数学对象转换为可视化的图像或动画。

通过灵活配置参数和使用方法，开发者可以实现高质量的动画渲染效果。

1. Camera概要

Camera类是Manim中的基类，用于管理场景的渲染过程。

它负责将场景中的对象（如Mobject、VMobject、ImageMobject等）转换为像素数组，并最终生成图像或视频帧。

Camera类的核心功能是控制场景的渲染细节，包括背景设置、对象的捕获、以及渲染过程中的各种调整。

1.1. 主要参数

Camera类作为Manim中各种相机的基类，参数很多，主要分为以下几类。

1. 背景相关参数：

参数名称	类型	说明
background_image	str	背景图片的路径
background	np.ndarray	背景内容
background_color	ParsableManimColor	设置背景颜色
background_opacity	float	控制背景的透明度

2. 尺寸相关参数：

参数名称	类型	说明
pixel_height	int	场景的像素高度
pixel_width	int	场景的像素宽度
frame_height	float	场景的实际高度
frame_width	float	场景的实际宽度

3. 其他参数：

参数名称	类型	说明
frame_rate	float	设置帧率
image_mode	str	指定图像模式
n_channels	int	颜色通道数
pixel_array_dtype	str	规定像素数组的数据类型
cairo_line_width_multiple	float	Cairo 渲染时线条宽度的缩放因子
use_z_index	bool	决定是否使用 Z 轴索引，用于控制对象的渲染顺序

1.2. 主要方法

Camera类的方法也不少，主要有以下几类：

1. 渲染相关：

名称	说明
capture_mobject(mobject)	捕获单个Mobject并将其渲染到像素数组中
capture_mobjects(mobjects)	捕获多个Mobject并将它们渲染到像素数组中
display_image_mobject(image_mobject, pixel_array)	渲染ImageMobject，通过修改像素数组实现
display_vectorized(vmobject, ctx)	在Cairo上下文中渲染矢量化的VMobject
display_point_cloud(pmobject, ...)	渲染点云对象，通过修改像素数组实现

2. 背景设置：

名称	说明
set_background(pixel_array)	设置背景为指定的像素数组
make_background_from_func(coords_to_colors_func)	使用函数生成背景像素数组，函数输入为(x, y)坐标，输出为RGBA值
reset()	将像素数组重置为背景

3. 帧与像素操作：

名称	说明
resize_frame_shape(fixed_dimension)	调整帧的形状以匹配像素的宽高比，fixed_dimension决定固定高度还是宽度
reset_pixel_shape(new_height, new_width)	重新设置像素的高度和宽度
convert_pixel_array(pixel_array)	将浮点像素数组转换为有效的 RGB 值
overlay_rgba_array(pixel_array, new_array)	将 RGBA 数组叠加到现有像素数组上

4. 辅助功能：

名称	说明
is_in_frame(mobject)	检查对象是否在当前帧内
points_to_pixel_coords(points)	将点坐标转换为像素坐标
thickened_coordinates(pixel_coords, thickness)	生成加粗的像素坐标
get_mobjects_to_display(mobjects)	获取需要渲染的对象列表

2. 使用示例

下面通过示例来演示相机Camera在动画中常用的方式。

2.1. 使用相机缩放场景

这个示例展示了如何使用 Camera 改变视角来缩放场景，通过改变frame的height和width属性，让场景进行缩放。

注意，下面的示例中物体本身并没有缩放，是通过调整相机来使物体看起来被缩放。

这和之前介绍的物体的缩放动画是不一样的。

# 创建一个简单的圆 c = Circle(radius=0.5, color=BLUE) t = Triangle(color=RED) self.play(Create(c), Create(t))  # 获取当前相机的 frame camera_frame = self.camera.frame  # 缩放相机视角 self.play(camera_frame.animate.set(height=4, width=4)) self.wait()  # 恢复相机视角 self.play(     camera_frame.animate.set(         height=config.frame_height,         width=config.frame_width,     ) ) 

2.2. 移动相机位置

此示例展示了如何移动相机位置，通过改变相机的 shift 方法，让相机在场景中移动。

注意，下面的示例中物体本身其实没有移动，只是通过移动相机的位置从不同的视角观察物体。

这和之前介绍的物体的移动动画是不一样的。

# 创建一个正方形 s = Square(side_length=2, color=RED) self.play(Create(s))  # 获取当前相机的 frame camera_frame = self.camera.frame  # 移动相机位置 self.play(     camera_frame.animate.shift(         RIGHT * 4 + UP * 2,     ) ) self.wait()  # 移回相机位置 self.play(     camera_frame.animate.shift(         LEFT * 4 + DOWN * 4,     ) ) 

2.3. 改变相机背景颜色

该示例演示了如何改变相机的背景颜色，通过修改相机的 background_color 属性，实现背景颜色的动态变化。

# 创建一个三角形 triangle = Triangle(color=YELLOW) self.play(Create(triangle))  # 改变相机背景颜色 self.camera.background_color = GREEN self.wait(0.5) self.camera.background_color = RED self.wait(0.5)  # 恢复相机背景颜色 self.camera.background_color = config.background_color 

2.4. 相机跟随物体移动

这个示例展示了相机如何跟随一个移动的物体，通过在每一帧更新相机的位置，使其与物体保持相对位置

# 定义曲线函数 def curve_function(t):     return np.array([t, t**2 - 2, 0])  # 创建曲线 curve = ParametricFunction(     curve_function,     t_range=[-2, 2],     color=BLUE, ) self.add(curve)  # 创建一个点 dot = Dot(color=RED) dot.move_to(curve_function(-2)) self.add(dot)  # 获取相机的 frame camera_frame = self.camera.frame  def update_camera(camera_frame):     # 让相机跟随点移动     camera_frame.move_to(dot.get_center())  # 添加相机更新函数 self.play(     camera_frame.animate.scale(0.5).move_to(         dot.get_center(),     ), ) camera_frame.add_updater(update_camera)  # 定义点在曲线上运动的动画 def move_dot_along_curve(mobject, alpha):     t = -2 + alpha * 4     mobject.move_to(curve_function(t))  # 播放点在曲线上运动的动画 self.play(     UpdateFromAlphaFunc(         dot,         move_dot_along_curve,     ),     run_time=3, )  # 移除相机更新函数 camera_frame.remove_updater(update_camera) 

3. 附件

文中的代码只是关键部分的截取，完整的代码共享在网盘中（camera.py），

下载地址: 完整代码 (访问密码: 6872)