python动画版圣诞树3d

### 创建3D 动画版圣诞树

为了实现这一目标，可以采用 `Matplotlib` 库来构建三维空间中的物体并赋予其动画效果。下面是一个详细的指南以及相应的代码片段。

#### 准备工作
首先安装必要的 Python 包：

pip install matplotlib numpy

#### 构建基础结构
定义一个函数用于初始化一棵简单的圆锥形树木作为圣诞树的基础形状[^1]：

import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection
import matplotlib.pyplot as plt

def create_tree(ax):
    # 定义树干部分
    trunk = [[0, 0, -2], [-0.1, 0, -1.8], [0.1, 0, -1.8]]
    
    # 添加树干到场景中
    ax.add_collection3d(Poly3DCollection([trunk], facecolors='brown', linewidths=1, edgecolors='r', alpha=.25))

    # 定义树枝层次
    layers = []
    height = 0
    radius = 1
    
    while height < 4:
        layer_points = generate_layer(radius, height)
        layers.append(layer_points)

        # 更新参数准备下一层级的数据
        height += .5
        radius -= .2
        
    return layers


def generate_layer(r, h):
    """Generate points on circle at given height."""
    theta = np.linspace(0., 2 * np.pi, 100)
    xs = r * np.cos(theta)
    ys = r * np.sin(theta)
    zs = [h]*len(xs)
    return list(zip(xs, ys, zs))

这段代码通过循环迭代生成不同高度上的圆形截面，并将其组合成完整的树体轮廓。

#### 实现装饰物功能
为了让这棵虚拟的圣诞树更加生动有趣，可以在上面随机放置一些球状的小饰品或者星星等元素[^2]:

def add_decorations(tree_layers, num_balls=50):
    balls = []

    for _ in range(num_balls):
        chosen_layer_idx = int(np.random.rand()*(len(tree_layers)-1)) + 1
        point_on_chosen_layer = tree_layers[chosen_layer_idx][int(len(tree_layers[chosen_layer_idx])*np.random.rand())]

        ball_color = (np.random.rand(), np.random.rand(), np.random.rand())
        
        sphere = make_sphere(*point_on_chosen_layer, size=np.random.uniform(.05,.1), color=ball_color)
        balls.extend(sphere)

    return balls


def make_sphere(xc, yc, zc, size=.1, resolution=20, **kwargs):
    u = np.linspace(0, 2 * np.pi, resolution)
    v = np.linspace(0, np.pi, resolution)

    x = xc + size * np.outer(np.cos(u), np.sin(v))
    y = yc + size * np.outer(np.sin(u), np.sin(v))
    z = zc + size * np.outer(np.ones_like(u), np.cos(v))

    return [(xi,yi,zi) for xi,yi,zi in zip(x.flatten(),y.flatten(),z.flatten())]

此段程序利用三角函数计算出一系列位于指定位置附近的微小球体坐标值，以此模拟挂在枝头的各种精美挂件。

#### 制作动画效果
最后一步就是让整个画面动起来！这里可以通过不断更新帧数的方式改变某些对象的位置或属性达到视觉上的连续变化感：

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

tree_structure = create_tree(ax)
decorated_items = add_decorations(tree_structure)


for frame in range(60):  # 假设总共有60帧动画
    if not decorated_items: break 

    current_frame_data = decorated_items[:frame*2 % len(decorated_items)]
    
    scat = ax.scatter(
        *[item[i] for i,item in enumerate(current_frame_data)],
         c=[tuple(item[-1]) for item in current_frame_data],
          s=100,
           marker="o"
            )

    plt.pause(.1)
    scat.remove()

plt.show()

上述脚本会按照设定的时间间隔逐步展示越来越多被点亮的灯泡直到全部展现完毕形成最终的效果图。