用python做一个漂亮的太阳系运动模拟

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太阳系的一个小知识

资源素材

太阳系现在只有8大行星，连太阳一起，一共是9张图片。如果没有的朋友，可以到文末的下载地址下载。

def openSolor(solar):
    def loadImg(name):
        str1= os.path.join(basePath, name+ '.png')
        img= Image.open(str1)
        solar[name]= img

    basePath= r'D:\太阳系\素材'
    # 
    loadImg('sun')
    loadImg('venus')
    loadImg('jupiter')
    loadImg('earth')
    loadImg('mars')
    loadImg('mercury')
    loadImg('neptune')
    loadImg('pluto')
    loadImg('uranus')
    loadImg('saturn')

基本运动原理

每颗行星的运动轨迹都是椭圆的，我们这里用一个参数方程来计算坐标：

• x=cos(arc)*a
• y=sin(arc)*b

其中，a,b 是椭圆的长轴和短轴，arc是运行角度，x,y是水平面坐标。

参数的设置

为了效果好看，实际参数不可能是真实的。但有几个关键条件至少应该满足。首先行星顺序别弄错，行星轨道之间的间距不是等距的，而是渐增的。其次是火星和木星直接有一个小行星带，所以这两个行星的轨道之间最好留出一个空隙。还有就是越往外圈的行星，绕行速度越慢。

def initSolar(posList):
    def getNumber():
        return random.randint(0,35)*10
    posList['sun']={'pos': (0,360), 'rate': 2, 'scale':1, 'radx': 1, 'layer':360}
    posList['mercury']={'rate': 0.15, 'radx':500, 'arc': getNumber(), 'rady': 200, 'speed':15}
    posList['venus']={'rate': 0.2, 'radx':550, 'arc': getNumber(), 'rady': 250, 'speed':10}
    posList['earth']={'rate': 0.2, 'radx':630, 'arc': getNumber(), 'rady': 320, 'speed':8}
    posList['mars']={'rate': 0.2, 'radx':740, 'arc': getNumber(), 'rady': 410, 'speed':6}
    posList['jupiter']={'rate': 0.7, 'radx':1050, 'arc': getNumber(), 'rady': 650, 'speed':4}
    posList['saturn']={'rate': 1, 'radx':1250, 'arc': getNumber(), 'rady': 800, 'speed':3}
    posList['uranus']={'rate': 0.3, 'radx':1480, 'arc': getNumber(), 'rady': 970, 'speed':2}
    posList['neptune']={'rate': 0.3, 'radx':1740, 'arc': getNumber(), 'rady': 1160, 'speed':2}

投影

一般的效果是将行星围绕太阳的公转面至于一个水平面上，然后投影到垂直的屏幕上。投影算法不难。

                x= math.sin(math.radians(a))* radx+ x0
                y= math.cos(math.radians(a))* rady+ y0
                showX= x
                showY= midY- H/(D+y)*y

其中，x，y是公转平面坐标，showX,showY是投影到垂直平面的坐标。H是平面的高度，D是屏幕到太阳系的距离。

从数据来看，我们的太阳系模型是一个非常小的模型，或者电脑屏幕非常大。因为这两者实际差不多大，以至于从观察者的视角就可以出现很明显的近大远小效果。从这种效果就可以知道，数据与真实值差别极为巨大。

近大远小的效果，只与y相关。

        data['scale']= (y0+D)/(y+D)

遮挡效果

为了有真实感，行星之间、行星与轨道之间，轨道与太阳之间等等的遮挡效果是最关键的。

我们的做法是先画后半区，再画太阳，再画前半区。后半区中，远日行星先画；前半区中，近日行星先画。以保证正确的遮挡效果。

       drawOrb(img, solar, posList, 0, 90, True)
        pasteSolor(img, solar, posList)
        drawOrb(img, solar, posList, 90, 180, False)

比较复杂一点的是行星与自身轨道之间的遮挡关系。必须实现一线穿一球的效果才好看。而且穿球位置不是固定不变的。这里，我们根据行星所在角度的不同，将轨道拆分为两半来画。一部分轨道是被行星遮挡的，另一部分轨道遮挡行星，但留一些空间，以实现比较自然的穿球效果。

            drawArc(arc1, arc)
            rate= posList[name]['rate']* posList[name]['scale']
            pic= solarImg[name].resize(effect.tupleRound(effect.tupleMul(solarImg[name].size, rate)), Image.ANTIALIAS)
            pos= effect.tupleRound(effect.tupleAdd(posList[name]['pos'], effect.tupleMul(pic.size, -0.5)))
            r, g, b, alpha= pic.split()
            img.paste(pic, pos, mask= alpha)
            # 穿球点，随arc不同而不同
            # 90度位置，在中心穿球，
            # 越接近0或180度，越接近球边缘
            # 根据这种性质，采用cos来模拟
            darc= abs(round(math.cos(math.radians(arc))*solarImg[name].size[1]*rate/50))
            # darc= abs(round(math.cos(math.radians(arc))*5))
            # print(name, arc, darc)
            drawArc(arc+darc, arc2)

 

素材下载地址：

链接：https://pan.baidu.com/s/18ELL4aL-jHbIbIacMpVbjA 
提取码：5bjj