Библиотеки Python для создания графики, игр и визуализации данных

Расширенные примеры использования

Ниже приведены более сложные и узкоспециализированные примеры для каждой из рассмотренных библиотек. Они демонстрируют возможности, выходящие за рамки базового использования.

Pygame: анимация системы частиц

Пример создаёт частицы, которые движутся под действием гравитации и исчезают со временем.

import pygame
import random
import sys

pygame.init()
screen = pygame.display.set_mode((800, 600))
clock = pygame.time.Clock()

class Particle:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
        self.vx = random.uniform(-2, 2)
        self.vy = random.uniform(-2, 0)
        self.lifetime = 100
        self.color = (random.randint(100, 255), random.randint(50, 200), 0)

    def update(self):
        self.vy += 0.1
        self.x += self.vx
        self.y += self.vy
        self.lifetime -= 1

    def draw(self, surface):
        alpha = max(0, self.lifetime / 100)
        pygame.draw.circle(surface, (int(self.color[0]*alpha), int(self.color[1]*alpha), 0), (int(self.x), int(self.y)), 4)

particles = []

running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False

    if random.random() < 0.3:
        particles.append(Particle(400, 500))

    screen.fill((0, 0, 0))
    for p in particles[:]:
        p.update()
        p.draw(screen)
        if p.lifetime <= 0:
            particles.remove(p)

    pygame.display.flip()
    clock.tick(60)

pygame.quit()
sys.exit()

Результат: окно с анимированным фонтаном частиц, которые взлетают вверх и падают под действием гравитации, постепенно исчезая.

Tkinter: рисование с помощью мыши

Приложение позволяет рисовать линии на холсте, перемещая мышь с зажатой левой кнопкой.

import tkinter as tk

class DrawingApp:
    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("Рисование мышью")
        self.canvas = tk.Canvas(root, width=600, height=400, bg="white")
        self.canvas.pack()
        self.last_x = None
        self.last_y = None
        self.canvas.bind("", self.start_draw)
        self.canvas.bind("", self.draw)
        self.canvas.bind("", self.stop_draw)

    def start_draw(self, event):
        self.last_x = event.x
        self.last_y = event.y

    def draw(self, event):
        if self.last_x and self.last_y:
            self.canvas.create_line(self.last_x, self.last_y, event.x, event.y, fill="black", width=2)
            self.last_x = event.x
            self.last_y = event.y

    def stop_draw(self, event):
        self.last_x = None
        self.last_y = None

root = tk.Tk()
app = DrawingApp(root)
root.mainloop()

Результат: окно с белым холстом, на котором можно рисовать линии, удерживая левую кнопку мыши.

Matplotlib: анимированный график с динамическими данными

Используется модуль animation для обновления графика в реальном времени.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.animation import FuncAnimation

fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
ln, = plt.plot([], [], 'ro-', animated=True)

def init():
    ax.set_xlim(0, 2*np.pi)
    ax.set_ylim(-1.5, 1.5)
    return ln,

def update(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(np.sin(frame))
    ln.set_data(xdata, ydata)
    return ln,

ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 128),
                    init_func=init, blit=True, interval=50)
plt.show()

Результат: окно с анимацией, где синусоида рисуется слева направо по мере поступления новых точек.

Turtle: фрактал «Дракон Хартера»

Кривая дракона получается рекурсивным применением одного правила поворота.

import turtle

def dragon(t, length, depth, sign=1):
    if depth == 0:
        t.forward(length)
    else:
        t.left(45 * sign)
        dragon(t, length/1.414, depth-1, 1)
        t.right(90 * sign)
        dragon(t, length/1.414, depth-1, -1)
        t.left(45 * sign)

t = turtle.Turtle()
t.speed(0)
t.penup()
t.goto(-200, 0)
t.pendown()
t.left(90)
dragon(t, 300, 8)
turtle.done()

Результат: окно с изображением кривой дракона, напоминающей закрученную спираль с самоподобием.

Pillow: создание коллажа из нескольких изображений

Собирает четыре изображения в одно полотно 2x2.

from PIL import Image

images = []
names = ["img1.jpg", "img2.jpg", "img3.jpg", "img4.jpg"]
for name in names:
    img = Image.open(name)
    img.thumbnail((300, 300))
    images.append(img)

width, height = images[0].size
collage = Image.new('RGB', (width*2, height*2))

collage.paste(images[0], (0, 0))
collage.paste(images[1], (width, 0))
collage.paste(images[2], (0, height))
collage.paste(images[3], (width, height))

collage.save("collage.jpg")
print("Коллаж сохранён как collage.jpg")

Результат: файл collage.jpg, содержащий четыре миниатюры, расположенные в сетке 2x2.