【manim动画教程】--相机
相机（Camera）在二维的场景下使用不多，一般在3D场景中提及的比较多。相机相当于我们看动画的视角，简单来理解的话，相当于我们的眼睛（实际情况会复杂一些，相机还有其他一些辅助功能）。
默认的相机焦点在屏幕的中心位置，相机默认是以俯视的视角查看所有的元素。
之前的介绍的常用动画效果和高级动画效果，都没有对相机进行调整过，
所以，是通过移动和变换各个元素来实现动画效果。
本篇介绍的相机，则是另一种制作动画的方式，它不改变元素在屏幕或者说在坐标系中的位置，
通过改变相机的位置和角度来实现动画效果。
举个现实世界中的简单例子，如果有个杯子，我们可以通过转动杯子来从各个角度观察杯子；
而如果是一栋楼的话，我们无法移动它，只能围着楼走一圈来观察它，这个过程就相当于移动相机。
下面通过一些实例来看看移动相机带来的不一样的动画效果。
1. 相机移动
相机移动常用的两种方式：
[*]移动焦点：改变相机的焦点，焦点在那个元素，那个元素就会在屏幕中心
[*]改变视野：改变相机与元素的距离，离得越远，物体越小。
1.1 移动焦点
manim中移动焦点要继承 MovingCameraScene类，
然后通过 self.camera.frame.animate.move_to函数来移动焦点。
下面的示例构造了一个正方形，一个三角形，然后通过改变焦点来形成元素移动的动画。
实际上元素并没有移动，它们的坐标始终没变，变化的是相机的焦点。
class CameraSample1(MovingCameraScene):
def _move_focus(self):
s = Square(color=RED, fill_opacity=0.5)
t = Triangle(color=GREEN, fill_opacity=0.5)
vg = VGroup(s, t)
vg.arrange(RIGHT, buff=MED_LARGE_BUFF)
self.add(vg)
self.play(self.camera.frame.animate.move_to(s))
self.play(self.camera.frame.animate.move_to(t))
self.play(self.camera.frame.animate.move_to(vg))
def construct(self):
self._move_focus()
self.wait()运行效果：
https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/gif/2235414/1679454489724-fe12db28-d3d8-4373-af81-63ed28f545f7.gif#averageHue=%230f0605&clientId=u550b7dd3-363a-4&from=ui&id=uaf5e6bf6&name=%E7%9B%B8%E6%9C%BA%E7%A7%BB%E5%8A%A8-%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E7%84%A6%E7%82%B9.gif&originHeight=600&originWidth=800&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=484988&status=done&style=stroke&taskId=u0cee4541-29c7-4d7c-848f-414618c7376&title=
1.2 改变视野
改变视野通过 self.camera.frame.animate.set方法，通过这个方法设置视野的宽度，可以形成缩放元素的效果。
下面的示例，通过改变视野的宽度，让元素出现放大和缩小的现象，实际上元素并没有变化。
变化的是相机到元素的距离。
class CameraSample1(MovingCameraScene):
def _scale(self):
s = Square(color=RED, fill_opacity=0.5)
self.add(s)
self.camera.frame.save_state()
self.play(self.camera.frame.animate.set(width=s.width * 2))
self.wait(0.3)
self.play(self.camera.frame.animate.set(width=s.width * 8))
self.wait(0.3)
self.play(Restore(self.camera.frame))
def construct(self):
self._scale()
self.wait()运行效果：
https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/gif/2235414/1679454504589-fd2476da-7883-4297-9733-94c4fb4d32ba.gif#averageHue=%230f0504&clientId=u550b7dd3-363a-4&from=ui&id=u9f239275&name=%E7%9B%B8%E6%9C%BA%E7%A7%BB%E5%8A%A8-%E6%94%B9%E5%8F%98%E8%A7%86%E9%87%8E.gif&originHeight=600&originWidth=800&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=328424&status=done&style=stroke&taskId=u997ad5d8-dcfc-4b65-86e2-5200fc862c4&title=
2. 鹰眼效果
鹰眼的效果是通过两个相机来实现的，两个相机的焦点一样，但是视野不一样。
鹰眼效果一般用在提供全局视图的场合，特别是当元素特别多的时候。
下面示例中，设置了两个相机，缩放的参数为3，zoom_factor=3。
class CameraSample2(ZoomedScene):
def __init__(self, **kwargs):
ZoomedScene.__init__(
self,
zoom_factor=3,
zoomed_display_height=1,
zoomed_display_width=2,
image_frame_stroke_width=5,
zoomed_camera_config={
"default_frame_stroke_width": 3,
},
**kwargs
)
def construct(self):
s = Square(color=RED, fill_opacity=0.5, side_length=1.5)
t = Triangle(color=GREEN, fill_opacity=0.5).scale(0.5)
vg = VGroup(s, t)
vg.arrange(RIGHT, buff=SMALL_BUFF)
self.add(vg)
self.activate_zooming(animate=False)
self.play(s.animate.shift(LEFT), t.animate.shift(RIGHT))
self.play(s.animate.rotate(2 * PI / 3), t.animate.rotate(PI / 2))
self.play(s.animate.shift(RIGHT), t.animate.shift(LEFT))
self.wait()运行效果：
https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/gif/2235414/1679454518225-5080ba17-3c35-4f47-a889-fb06f5b06587.gif#averageHue=%23080404&clientId=u550b7dd3-363a-4&from=ui&id=uab6fb427&name=%E9%B9%B0%E7%9C%BC%E6%95%88%E6%9E%9C.gif&originHeight=800&originWidth=600&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=512680&status=done&style=stroke&taskId=u38fcbba6-3671-434e-aa6c-5b6d00a0e17&title=
3. 追踪物体
追踪物体就是将相机的焦点定位在移动的物体上，就像我们坐在火车上的感觉一样，那时，我们觉得火车没动，而是车外的风景不断向后移动。
下面的示例是一个点沿着正弦曲线运动，我们将相机焦点定位在这个点上，感觉就像是曲线在移动。
class CameraSample3(MovingCameraScene):
def construct(self):
self.camera.frame.save_state()
graph = FunctionGraph(
lambda x: np.sin(x),
x_range=[-3, 3],
color=RED,
)
d = dot(graph.get_start())
self.add(graph, d)
self.play(self.camera.frame.animate.scale(0.5).move_to(d))
def update_curve(mob):
mob.move_to(d.get_center())
self.camera.frame.add_updater(update_curve)
self.play(MoveAlongPath(d, graph), rate_func=linear, run_time=2)
self.camera.frame.remove_updater(update_curve)
self.play(Restore(self.camera.frame))运行效果：
https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/gif/2235414/1679454535830-aa607eff-f003-4989-9c2a-6a32e9a39cee.gif#averageHue=%23010000&clientId=u550b7dd3-363a-4&from=ui&id=uc43c742c&name=%E8%BF%BD%E8%B8%AA%E7%89%A9%E4%BD%93.gif&originHeight=600&originWidth=800&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=431028&status=done&style=stroke&taskId=u7482887c-ae79-49f5-bc49-d49ffa3d594&title=
4. 3D 场景
相机其实主要就是应用在3D场景中的，所以 manim的3D场景类 ThreeDScene中提供了一个非常方便的移动相机的方法 move_camera。
下面的示例中，我们用 move_camera方法来改变视角和调整视野。
示例中的球其实一直没动，也就是球上各点的坐标没有改变过。
class CameraSample4(ThreeDScene):
def construct(self):
axes = ThreeDAxes()
sphere = Surface(
lambda u, v: np.array(
[
1.5 * np.cos(u) * np.cos(v),
1.5 * np.cos(u) * np.sin(v),
1.5 * np.sin(u),
]
),
v_range=,
u_range=[-PI / 2, PI / 2],
checkerboard_colors=,
resolution=(15, 32),
)
self.add(axes, sphere)
self.move_camera(phi=75 * DEGREES, theta=30 * DEGREES)
self.move_camera(zoom=1.5)
self.move_camera(zoom=0.5)
self.wait()运行效果：
https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/gif/2235414/1679454554729-aa450087-6403-430d-a10e-daa07c8d8ada.gif#averageHue=%23000000&clientId=u550b7dd3-363a-4&from=ui&id=u1ca70acc&name=3D%E5%9C%BA%E6%99%AF.gif&originHeight=600&originWidth=800&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=502474&status=done&style=stroke&taskId=ube50d89f-31e7-4a7d-84dc-31d51a40484&title=
5. 总结回顾
本篇介绍从另一种角度来实现动画的方式，也就是不改变物体本身，而是改变观察物体的方式。
manim中能够操作相机的类主要有：
[*]MovingCameraScene：改变相机的焦点和视野
[*]ZoomedScene：增加多个相机，多个相机可以从不同的视角同时观察物体
[*]ThreeDScene：3D场景下的相机操作
本文关联的微信视频号短视频：
https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/png/2235414/1681895870592-1557f83e-b791-428e-9db2-3ccd22eaff44.png#averageHue=%23939292&clientId=u513f1c95-aaab-4&from=ui&id=u68f7871a&name=manim-%E7%9B%B8%E6%9C%BA-%E8%A7%86%E9%A2%91%E5%8F%B7.png&originHeight=169&originWidth=171&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=7816&status=done&style=stroke&taskId=uc49d0ddc-7b09-4e26-9855-89a4e80be79&title=
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