Python，让地球转起来-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Python，让地球转起来。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

画一个地球

想画一个转动的地球，那么首先要有一个球，或者说要有一个球面，用参数方程可以表示为

$\begin{aligned} x &= r\cos\phi\cos\theta\\ y &= r\cos\phi\sin\theta\\ z &= r\sin\phi \end{aligned}$

然后要有一个地球，或者说要有一个地图，用来作为贴图，映射到球面上。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
path = "earth1.jpg"
img = plt.imread(path)
h, w, c = img.shape
ys, xs = np.indices([h, w])
th = xs/w*np.pi*2
phi = np.pi/2 - ys/h*np.pi

x = np.cos(phi)*np.cos(th)
y = np.cos(phi)*np.sin(th)
z = np.sin(phi)

cs = [tuple(c/255) for c in img.reshape(-1,3)]
ax = plt.subplot(projection='3d')
ax.scatter(x, y, z, marker='.', c=cs)
plt.axis('off')
plt.show()

其中scatter画的是散点图，c=cs为颜色映射参数，所以温馨提示，选取的地球图片不宜过大，否则点太多会让电脑爆掉。

最后得到的效果如下

Python，让地球转起来

让地球转起来

三维空间中的旋转矩阵如下表所示，具体讲解可参考这两篇博客：旋转坐标轴💎旋转正方体

$R_x(\theta)$	$R_x(\theta)$	$R_x(\theta)$
$\begin{bmatrix}1&0&0\\0&C_\theta&-S_\theta\\0&S_\theta&C_\theta\\\end{bmatrix}$	$\begin{bmatrix}C_\theta&0 &S_\theta\\0&1&0\\-S_\theta&0&C_\theta\\\end{bmatrix}$	$\begin{bmatrix}C_\theta &S_\theta&0\\-S_\theta&C_\theta&0\\0&0&1\end{bmatrix}$

有了旋转矩阵，接下来就是让地球转起来。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import animation

cos = lambda th : np.cos(np.deg2rad(th))
sin = lambda th : np.sin(np.deg2rad(th))

Rz = lambda th : np.array([
    [cos(th) , -sin(th), 0],
    [sin(th), cos(th), 0],
    [0       , 0,       1]])

xyz = np.array([x,y,z]).reshape(3,-1)

fig = plt.figure(figsize=(5,5))
ax = fig.add_subplot(projection='3d')
ax.grid()

lines = ax.scatter(x, y, z, marker='.', c=cs)

def animate(n):
    # 按照xyz顺序旋转
    axis = [2,1,0]
    shape = xyz.shape
    lines._offsets3d = Rz(n)@xyz
    return lines,

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, 
    range(0, 360, 2), interval=25, blit=True)

#plt.show()
ani.save("zyx.gif")