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：

• 初始化场景：设置背景、分辨率等基本参数
  
• 渲染对象：通过捕获和渲染Mobject，生成每一帧的像素数组
  
• 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
  
• 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。
通过机动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。

• 背景干系参数：
  

参数名称类型说明background_imagestr背景图片的路径backgroundnp.ndarray背景内容background_colorParsableManimColor设置背景颜色background_opacityfloat控制背景的透明度

• 尺寸干系参数：
  

参数名称类型说明pixel_heightint场景的像素高度pixel_widthint场景的像素宽度frame_heightfloat场景的实际高度frame_widthfloat场景的实际宽度

• 其他参数：
  

参数名称类型说明frame_ratefloat设置帧率image_modestr指定图像模式n_channelsint颜色通道数pixel_array_dtypestr规定像素数组的数据类型cairo_line_width_multiplefloatCairo 渲染时线条宽度的缩放因子use_z_indexbool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：

• 渲染干系：
  

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VMobjectdisplay_point_cloud(pmobject, ...)渲染点云对象，通过修改像素数组实现

• 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

• 帧与像素操纵：
  

名称说明resize_frame_shape(fixed_dimension)调整帧的外形以匹配像素的宽高比，fixed_dimension决定固定高度照旧宽度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

• 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，让场景举行缩放。
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。

1. # 创建一个简单的圆
2. c = Circle(radius=0.5, color=BLUE)
3. t = Triangle(color=RED)
4. self.play(Create(c), Create(t))
6. # 获取当前相机的 frame
7. camera_frame = self.camera.frame
9. # 缩放相机视角
10. self.play(camera_frame.animate.set(height=4, width=4))
11. self.wait()
13. # 恢复相机视角
14. self.play(
15.     camera_frame.animate.set(
16.         height=config.frame_height,
17.         width=config.frame_width,
18.     )
19. )

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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差别的视角观察物体。
这和之前介绍的物体的移动动画是不一样的。

1. # 创建一个正方形
2. s = Square(side_length=2, color=RED)
3. self.play(Create(s))
5. # 获取当前相机的 frame
6. camera_frame = self.camera.frame
8. # 移动相机位置
9. self.play(
10.     camera_frame.animate.shift(
11.         RIGHT * 4 + UP * 2,
12.     )
13. )
14. self.wait()
16. # 移回相机位置
17. self.play(
18.     camera_frame.animate.shift(
19.         LEFT * 4 + DOWN * 4,
20.     )
21. )

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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革。

1. # 创建一个三角形
2. triangle = Triangle(color=YELLOW)
3. self.play(Create(triangle))
5. # 改变相机背景颜色
6. self.camera.background_color = GREEN
7. self.wait(0.5)
8. self.camera.background_color = RED
9. self.wait(0.5)
11. # 恢复相机背景颜色
12. self.camera.background_color = config.background_color

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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

1. # 定义曲线函数
2. def curve_function(t):
3.     return np.array([t, t**2 - 2, 0])
5. # 创建曲线
6. curve = ParametricFunction(
7.     curve_function,
8.     t_range=[-2, 2],
9.     color=BLUE,
10. )
11. self.add(curve)
13. # 创建一个点
14. dot = Dot(color=RED)
15. dot.move_to(curve_function(-2))
16. self.add(dot)
18. # 获取相机的 frame
19. camera_frame = self.camera.frame
21. def update_camera(camera_frame):
22.     # 让相机跟随点移动
23.     camera_frame.move_to(dot.get_center())
25. # 添加相机更新函数
26. self.play(
27.     camera_frame.animate.scale(0.5).move_to(
28.         dot.get_center(),
29.     ),
30. )
31. camera_frame.add_updater(update_camera)
33. # 定义点在曲线上运动的动画
34. def move_dot_along_curve(mobject, alpha):
35.     t = -2 + alpha * 4
36.     mobject.move_to(curve_function(t))
38. # 播放点在曲线上运动的动画
39. self.play(
40.     UpdateFromAlphaFunc(
41.         dot,
42.         move_dot_along_curve,
43.     ),
44.     run_time=3,
45. )
47. # 移除相机更新函数
48. camera_frame.remove_updater(update_camera)

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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），
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