用python实现旋转地球
素材
本文只讲最简单也是最常见的正侧面旋转地球。
首先你得有一张360度贴图,效果如下图。在网上搜一下,这种图很多,容易获得。
它的特点是高度恰好是宽度的一半,因为地球一周有360度,而从南极到北极只有180度。这种360度贴图,标明了每个经纬度上地球的表面效果。仔细观察会注意到,南北两极变形剧烈,而中间地带和我们经常见到的地图比较相似。
我们称它为经纬度贴图。
基本原理
旋转地球之所以看起来是旋转的,只是因为它上面显示的内容在变。其实起点只是一个圆。我们所做的,只是把经纬度贴图中的像素以合理的方式贴到圆上去。然后再把一帧帧图片连接为GIF动图即可。
贴图的方法是:
1、选择圆内的所有点。
2、计算每一点对应的经纬度。
3、从经纬度贴图上获取该经纬度对应的xy坐标
4、获取像素写入图片
5、制作GIF
计算过程是比较简单的球面几何,下面结合代码讲解。
1 获得圆内所有的点
这个比较简单
img= Image.new('RGBA', (300,300), 'black') w= img.size[0] h= img.size[1] pxList=[] pyList=[] for i in range(w): for j in range(h): r= math.sqrt((i-w/2)**2+(j-h/2)**2) if r<150: pxList.append(i) pyList.append(j)
2 计算经纬度
首先从平面坐标获得三维坐标
球面上的任意一点,有一个规律是x2 + y2 + z2 = 1
我们就用这个原理,可以获得圆内每个点的z值
根据x,y,z计算球面的经纬度
为了让计算速度尽量快一些,这里用numpy
def calcSphereXY2XYZ(px, py, maxHeight, longOffset): v0x= np.array(px) v0y= np.array(py) v03= np.subtract(v0x, maxHeight) v04= np.subtract(v0y, maxHeight) v1x= np.true_divide(v03, maxHeight) v1y= np.true_divide(v04, maxHeight) v07= np.power(v1x,2) v08= np.power(v1y,2) v09= np.add(v07,v08) v0a= np.subtract(1,v09) v1z= np.power(v0a,1/2) # z # print('z:', max(v1z), min(v1z)) v1lat= np.multiply(v1y, math.pi/2) # lat v0lon= np.arctan2(v1z, -v1x) v1lon= np.add(v0lon, longOffset) # long v2lon= np.fmod(v1lon, math.pi*2) # long return v2lon, v1lat
3 获取经纬度对应的xy坐标
就是一个简单的坐标映射
def calcShpereLatLong2XY(vlon, vlat, width, height): v3x0=np.multiply(vlon, width/2/math.pi) v3y0=np.multiply(vlat, height/math.pi) v3y1=np.add(v3y0, height/2) v3x2=v3x0.astype(np.integer) v3y2=v3y1.astype(np.integer) return v3x2, v3y2
4 获得像素点,并写入图片
首先,载入经纬度贴图的素材并转为numpy格式
imgBack= Image.open('EARTH_small.bmp') width= imgBack.size[0] height= imgBack.size[1] imgBack= imgBack.convert('RGBA') arrayBack= np.array(imgBack)
注意转换后的XY是反的,取点并直接赋值即可
color= arrayBack[npy, npx] for i in range(len(pxList)): x= pxList[i] y= pyList[i] cc=color[i] # print(cc) cc= tuple(cc) img.putpixel((x,y), cc)
5 GIF制作
使用的是imageio库
frames=[] for i in range(0, 360, 10): a= -i*math.pi/ 180 img= getPic(a) str1= 'temp%03d.png'%i img.save(str1) im = imageio.imread(str1) frames.append(im) # img.show() imageio.mimsave('earth.gif', frames, 'GIF', duration=0.25)
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