Занятие № 5. Компьютерная графика в Python

Теория

Модуль turtle

Чтобы использовать модуль рисования turtle, нужно его импортировать в вашу программу. Для этого в начале программы записывается следующая инструкция:

from turtle import *

Таким образом мы из модуля turtle импортируем все функции и типы данных, которые в нём описаны (символ * как раз и означает, что импортируется всё содержимое модуля).

Работать с черепахой можно в процедурном или объектно-ориентированном стиле.

Процедурный стиль:

from turtle import *

forward(60)
left(45)
forward(60)

done()

В программу импортируются все объекты и функции для работы с черепашкой. Вызванные функции для движения и рисования выполняются созданным заранее объектом типа Turtle.

Объектно-ориентированный:

from turtle import *
# создаём объект "Черепаха"
t = Turtle() 

t.forward(60)
t.left(45)
t.forward(60)

done()

Можно самостоятельно создать объект типа Turtle и вызывать методы этого объекта.

Объектно-ориентированный подход полезен в том случае, когда для рисования используют две и больше черепашек:

from turtle import *
alice = Turtle()   # черепаха alice
bob   = Turtle()   # черепаха bob

# указываем для каждой черепахи
# свой набор действий
alice.forward(60)
alice.write("Я - alice")
bob.right(180)
bob.forward(60)
bob.write("Я - bob")

done()

      

      
from turtle import *
alice = Turtle()   # черепаха alice
bob   = Turtle()   # черепаха bob

# указываем для каждой черепахи
# свой набор действий
alice.forward(60)
alice.write("Я - alice")
bob.right(180)
bob.forward(60)
bob.write("Я - bob")

done()

    
 
    




Черепаха обладает рядом свойств: координаты на плоскости в которых она находится, курс - куда направлена её голова. Изначально черепаха появляется в точке с координатами (0, 0) и повёрнута вправо. Само поле для рисования представляет собой координатную плоскость, начало координат находится в центре окна, положительное направление оси x направлено вправо, положительное направление оси y направлено вверх.












Рисунок 1: Поле для рисования







Текущее расположение и направление черепах можно узнать с помощью следующих методов:







Таблица 1: Свойства черепахи
















Свойство
Процедурный стиль
ООП стиль






Координата x Черепахи
xcor()
<черепаха>.xcor()




Координата y Черепахи
ycor()
<черепаха>.ycor()




Текущее направление Черепахи (в градусах)
heading()
<черепаха>.heading()


















Движение черепахи


Управлять перемещением черепахи можно с помощью следующих методов:







Таблица 2: Методы для перемещения черепах















Метод
Назначение






forward(<пиксели>)
Движение вперёд на указанное количество пикселей в сторону, куда направлена Черепаха




backward(<пиксели>)
Движение назад на указанное количество пикселей




right(<градусы>)
Поворот Черепахи направо на указанное количество градусов




left(<градусы>)
Поворот Черепахи налево на указанное количество градусов




goto(x, y)
Переместить Черепаху в точку с координатами (x, y).














Рассмотрим команды подробнее.

















































































Если указать отрицательное число в качестве аргумента метода backward(), то черепаха     
    
      
      
        x
      
      
      поедет вперёд.





































Если вызвать метод left(370), то метод heading() вернёт значение, равное     
    
      
       x 
       ? 
      10°.


Нарисуем многоугольник в следующем примере, используя методы forward() и left():





    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(1)

n = 5
for i in range(n):
    forward(75)
    left(360 // n)

done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(1)

n = 5
for i in range(n):
    forward(75)
    left(360 // n)

done()

    
 
    




Количество сторон будет зависеть от значения, хранящегося в переменной под именем     
    
      
       x 
       ? 
      
            
          . При этом длина одной стороны будет равна     
    
      
       x 
       ? 
       пикселей.







































































Рисование


Во время движения, черепашка рисует свою траекторию движения. Для настройки пера используются следующие методы:







Таблица 3: Методы для настройки пера















Метод
Назначение






pensize(<пиксели>)
Изменяем толщину линии




penup()
Поднимаем перо. С этого момента линия не рисуется




pendown()
Опускаем перо. С этого момента линия рисуется




pencolor(<цвет>)
Меняем цвет пера. Метод может принимать строковый аргумент <цвет> - название одного из встроенных цветов

















    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

# список цветов
colors = ["green", "orange", "blue", "indigo", "teal"]

for i in range(40):
    # толщина линии зависит от итерации цикла
    pensize(i)
    # циклически меняем цвет линии: 0,1,2,3,4,0,1,2...
    pencolor(colors[i % 5])
    # с каждой итерацией увеличиваем длину стороны
    forward(i * 2)
    left(35)

done()

      


      

      

      
from turtle import *

# список цветов
colors = ["green", "orange", "blue", "indigo", "teal"]

for i in range(40):
    # толщина линии зависит от итерации цикла
    pensize(i)
    # циклически меняем цвет линии: 0,1,2,3,4,0,1,2...
    pencolor(colors[i % 5])
    # с каждой итерацией увеличиваем длину стороны
    forward(i * 2)
    left(35)

done()

    
 
    




Очерченный черепахой контур можно залить выбранным цветом.







Таблица 4: Методы для управления заливкой















Метод
Назначение






fillcolor(<цвет>)
Выбираем цвет заливки




begin_fill()
Обозначаем начало контура




end_fill()
Обозначаем конец контура. Если контур не замкнут, то две крайние точки соединяться отрезком

















    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(1)
fillcolor("blue")
begin_fill() # начало заливки

n = 5
for i in range(n):
    forward(75)
    left(360 // n)

end_fill() # конец заливки
done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(1)
fillcolor("blue")
begin_fill() # начало заливки

n = 5
for i in range(n):
    forward(75)
    left(360 // n)

end_fill() # конец заливки
done()

    
 
    














Библиотека цветов







На сайте trinket.io есть интерактивная библиотека цветов. Кликните на желаемый цвет и скопируйте его название, чтобы использовать его в методах pencolor() и fillcolor().














Примеры




Пример № 1 (ex01.py)


Изобразите следующий фрагмент мозаики. Стартовая точка обозначена красным цветом:






Фрагмент мозаики


Фрагмент мозаики








Первый вариант решения


Нарисуем линии относительно текущей позиции черепашки.





    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(2)

forward(60)
left(135)
forward(85)
right(135)
forward(60)
right(135)
forward(85)
left(135)

done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(2)

forward(60)
left(135)
forward(85)
right(135)
forward(60)
right(135)
forward(85)
left(135)

done()

    
 
    








Второй вариант решения


Используем метод goto() для перемещения черепашки по заданным координатам.





    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(2)

x = 0
y = 0

goto(x + 60, y + 0)
goto(x + 0, y + 60)
goto(x + 60, y + 60)
goto(x + 0, y + 0)

done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(2)

x = 0
y = 0

goto(x + 60, y + 0)
goto(x + 0, y + 60)
goto(x + 60, y + 60)
goto(x + 0, y + 0)

done()

    
 
    




В этом случае добавляем переменные x и y - координаты точки относительно которой будет рисовать фрагмент мозаики. Это пригодится нам для решения следующей задачи.


Стоит отметить, что направление черепашки после выполнения программы     
    
      
      
        x
      
      
      не поменялось.








Пример № 2 (ex02.py)


На основе фрагмента нарисуйте мозаику целиком:






Первый вариант решения





    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(2)

w = 3 # ширина
h = 2 # высота

for x in range(0, 60 * w, 60):
    for y in range(0, 60 * h, 60):
        penup()
        goto(x, y)
        pendown()
        
        forward(60)
        left(135)
        forward(85)
        right(135)
        forward(60)
        right(135)
        forward(85)
        left(135)
        
done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(2)

w = 3 # ширина
h = 2 # высота

for x in range(0, 60 * w, 60):
    for y in range(0, 60 * h, 60):
        penup()
        goto(x, y)
        pendown()
        
        forward(60)
        left(135)
        forward(85)
        right(135)
        forward(60)
        right(135)
        forward(85)
        left(135)
        
done()

    
 
    








Второй вариант решения





    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(2)

w = 3
h = 2

for x in range(0, 60 * w, 60):
    for y in range(0, 60 * h, 60):
        penup()
        goto(x, y)
        pendown()
        
        goto(x + 60, y + 0)
        goto(x + 0, y + 60)
        goto(x + 60, y + 60)
        goto(x + 0, y + 0)

done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(2)

w = 3
h = 2

for x in range(0, 60 * w, 60):
    for y in range(0, 60 * h, 60):
        penup()
        goto(x, y)
        pendown()
        
        goto(x + 60, y + 0)
        goto(x + 0, y + 60)
        goto(x + 60, y + 60)
        goto(x + 0, y + 0)

done()

    
 
    












Пример № 3 (ex03.py)


Создайте следующее изображение с помощью черепашки.







    

      
      

            
            
            
            
      

    
 
    
 
      

        
from turtle import *

speed(1)

fillcolor("gray")
begin_fill()
forward(130)
left(90)
forward(100)
left(90)
forward(130)
left(90)
forward(100)
left(90)
end_fill()

penup()
goto(70, 20)
pendown()
fillcolor("blue")
begin_fill()
circle(30)
end_fill()

penup()
goto(70, 30)
pendown()
fillcolor("white")
begin_fill()
circle(20)
end_fill()

penup()
goto(20, 60)
pendown()
fillcolor("blue")
begin_fill()
circle(10)
end_fill()

penup()
goto(10, 100)
pendown()
goto(20, 120)
goto(40, 120)
goto(50, 100)

done()

      


      

      

      
from turtle import *

speed(1)

fillcolor("gray")
begin_fill()
forward(130)
left(90)
forward(100)
left(90)
forward(130)
left(90)
forward(100)
left(90)
end_fill()

penup()
goto(70, 20)
pendown()
fillcolor("blue")
begin_fill()
circle(30)
end_fill()

penup()
goto(70, 30)
pendown()
fillcolor("white")
begin_fill()
circle(20)
end_fill()

penup()
goto(20, 60)
pendown()
fillcolor("blue")
begin_fill()
circle(10)
end_fill()

penup()
goto(10, 100)
pendown()
goto(20, 120)
goto(40, 120)
goto(50, 100)

done()

    
 
    








Задания для самостоятельной работы




Задание № 1 (sam01.py)


Составьте из предложенных блоков программу для рисования равностороннего треугольника с длинной стороны 100 пикселей. Стартовая точка обозначена красной окружностью.


Среди предложенных блоков есть лишние.






 

    
    
from turtle import *
forward(100)
left(120)
forward(100)
left(120)
forward(100)
done()


    

        

            
            

                ✔
            

        


        
    

    
 
      

        



left(60)
forward(100)
forward(100)
forward(100)
left(120)
right(120)
left(120)
from turtle import *
done()