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:

  1. 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
  2. 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:

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:

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:

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:

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=[0, TAU],            u_range=[-PI / 2, PI / 2],            checkerboard_colors=[BLUE_D, BLUE_E],            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:

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:

  1. MovingCameraScene:改变相机的焦点和视野
  2. 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
  3. ThreeDScene:3D场景下的相机操作

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