用Python画梵高星空|极客教程

用Python画梵高星空

介绍

梵高星空是荷兰艺术家文森特·梵高于1889年创作的一幅著名油画作品。这幅画以独特的方式描绘了星空和森林的场景，展现了梵高对自然界的独特感知和表达方式。在本文中，我们将使用Python编程语言来实现绘制梵高星空的效果。

准备工作

在开始编写代码之前，我们需要确保计算机中已经安装了Python环境和相关的绘图库。本文使用的绘图库是matplotlib，它是一个功能强大且广泛使用的Python绘图库。

如果你还没有安装Python和matplotlib库，可以按照以下步骤进行安装：

安装Python：可以从Python官方网站（https://www.python.org）下载适合你操作系统的Python安装程序，并按照安装向导的指示完成安装。
安装matplotlib库：打开终端或命令行界面，输入以下命令来安装matplotlib库：

pip install matplotlib

安装完成后，我们就可以开始编写代码了。

绘制星空

首先，我们需要导入matplotlib库，并设置一些绘图相关的参数。在我们的代码的开头添加以下代码：

import matplotlib.pyplot as plt

# 设置绘图参数
plt.figure(figsize=(10, 6)) # 设置绘图窗口大小
plt.axis('off') # 关闭坐标轴

接下来，我们需要定义绘制星空的函数。我们可以使用matplotlib库提供的scatter函数来绘制点，每个点的横坐标和纵坐标表示一个星星的位置。

import random

def draw_starry_sky(num_stars):
    # 生成随机星星的位置和亮度
    x = [random.random() for _ in range(num_stars)]
    y = [random.random() for _ in range(num_stars)]
    brightness = [random.random() for _ in range(num_stars)]

    # 使用scatter函数绘制星星
    plt.scatter(x, y, c=brightness, cmap='Greys', alpha=0.8, s=100)

在这个示例中，我们使用了random模块生成了一些随机数，作为星星的位置和亮度。然后，使用scatter函数绘制这些星星。参数c表示颜色，使用了名为’Greys’的色彩映射，使得星星呈现出灰色调的效果。参数alpha表示透明度，使用了0.8来增加星星的透明感。参数s表示点的大小，这里设置为100。

接下来，我们可以调用这个函数来绘制星空。在代码的最后添加以下代码：

draw_starry_sky(1000) # 绘制1000颗星星

# 显示绘图结果
plt.show()

在这个示例中，我们调用了draw_starry_sky函数，并传入1000作为绘制星星的数量。然后，调用plt.show()方法来显示绘图结果。

运行这段代码，你将会看到一个绘制了1000颗星星的星空图像。

进一步优化

上面的示例只是一个简单的示例，实际上我们可以对绘制过程进行进一步的优化，以更好地模拟梵高星空的效果。

首先，我们可以调整点的颜色以及透明度，使得星星的亮度有所差异。可以按照以下代码进行修改：

brightness = [(random.random() * 0.4 + 0.6) for _ in range(num_stars)]

在这个示例中，我们将亮度调整为在0.6到1.0之间的随机数，使得星星的亮度更为均匀。

其次，我们可以使用numpy库来生成星星的位置，以便更好地控制星星的分布规律。可以按照以下代码进行修改：

import numpy as np

def draw_starry_sky(num_stars):
    # 生成随机星星的位置和亮度
    x = np.random.normal(0.5, 0.2, size=num_stars)
    y = np.random.normal(0.5, 0.2, size=num_stars)
    brightness = [(random.random() * 0.4 + 0.6) for _ in range(num_stars)]

    # 使用scatter函数绘制星星
    plt.scatter(x, y, c=brightness, cmap='Greys', alpha=0.8, s=100)

在这个示例中，我们使用了numpy库的random模块的normal方法来生成星星的位置。这里我们使用了均值为0.5，标准差为0.2的正态分布，使得星星更集中地分布在中心。

除了调整点的位置和亮度之外，我们还可以添加额外的图层来增加绘图的复杂度。例如，我们可以在星空下方绘制一个山脉的背景。可以按照以下代码进行修改：

def draw_starry_sky(num_stars):
    # 生成随机星星的位置和亮度
    x = np.random.normal(0.5, 0.2, size=num_stars)
    y = np.random.normal(0.5, 0.2, size=num_stars)
    brightness = [(random.random() * 0.4 + 0.6) for _ in range(num_stars)]

    # 使用scatter函数绘制星星
    plt.scatter(x, y, c=brightness, cmap='Greys', alpha=0.8, s=100)

    # 绘制山脉背景
    x = np.linspace(0, 1, 100)
    y = np.sin(x * np.pi) * 0.2 + 0.2
    plt.fill_between(x, 0, y, color='k')

在这个示例中，我们使用了numpy库的linspace方法生成了一个从0到1的等差数列，用来表示山脉的横坐标。然后使用sin函数和一些系数来生成山脉的纵坐标，使用fill_between函数来填充山脉的背景。

通过上述的优化，我们可以得到更加逼真的梵高星空图像。