1.5 繪圖

在Python中有很多編寫圖形程序的方法，一個(gè)簡單的啟動(dòng)圖形化程序設(shè)計(jì)的方法是使用Python 內(nèi)置的turtle 庫。turtle 庫是Python 內(nèi)置的繪制線、圓及其他形狀（包括文本）的圖形庫。

turtle 庫是 Python 的標(biāo)準(zhǔn)庫之一。turtle 庫是一個(gè)簡單但很流行的繪制圖形的函數(shù)庫，它提供了一個(gè)小海龜（一支畫筆），你可以把它理解為一個(gè)海龜機(jī)器人，根據(jù)指令在繪圖窗口中爬行。小海龜初始位于橫軸為 x、縱軸為 y 的坐標(biāo)系原點(diǎn)，小海龜最初所在的這個(gè)原點(diǎn)（0，0）在繪圖窗口的正中間（注意：不是計(jì)算機(jī)屏幕窗口左上角的原點(diǎn)），小海龜面向 x 軸的正方向（向右）。在一組函數(shù)指令的控制下，小海龜可以在這個(gè)平面坐標(biāo)系中爬行，爬行所經(jīng)過的軌跡形成了繪制的圖形。

1.5.1 創(chuàng)建turtle對(duì)象

在導(dǎo)入turtle庫時(shí)，實(shí)際上就創(chuàng)建了一個(gè)turtle對(duì)象，然后，可以調(diào)用turtle對(duì)象的各種方法來完成不同的圖形繪制。

1.理解Turtle類創(chuàng)建的turtle對(duì)象

當(dāng)通過調(diào)用 turtle 庫的 Turtle 類來創(chuàng)建一個(gè) turtle 對(duì)象時(shí)，它的位置被設(shè)定在原點(diǎn)（0，0）處——繪圖窗口的正中心，而且它的方向被設(shè)置為向右，即小海龜面向 x 軸的正方向。

執(zhí)行以上命令后，彈出了繪圖窗口，并且小海龜（畫筆）位于窗口的正中心，畫筆筆尖向右，如圖1-24所示。

執(zhí)行以上命令，可將小海龜（畫筆筆尖）的顏色變成紅色。

turtle 模塊用畫筆（想象成一只小海龜）來繪制圖形。默認(rèn)情況下，畫筆的筆尖是向下的（就像真實(shí)的筆尖觸碰一張紙一樣）。由于筆尖是向下的，當(dāng)移動(dòng)畫筆的時(shí)候，它就會(huì)繪制出一條從當(dāng)前位置到新位置的線，理解為小海龜從當(dāng)前位置爬行到新位置，爬行經(jīng)過的路徑所留下的痕跡就形成了繪制的圖形。

以上輸出結(jié)果表明，海龜?shù)那斑M(jìn)方向是向右的。

tl.forward（100）：小海龜從當(dāng)前的原點(diǎn)（0，0）向右爬行了 100（單位是像素），到達(dá)坐標(biāo)位置（100，0）處，爬行所經(jīng)過的路徑形成了一條直線。

【例1-15】 繪制正方形，其中，兩邊是紅色，兩邊是綠色。

通過調(diào)用 turtle 庫里的 Turtle 類創(chuàng)建一個(gè)繪圖窗口的實(shí)例，接下來的圖形繪制都是在這個(gè)圖形窗口中進(jìn)行的。初始化海龜在原點(diǎn)（0，0）處，即繪圖窗口的正中心，并且注意海龜?shù)男羞M(jìn)方向（或者說畫筆筆尖的方向）設(shè)置為向右。

請(qǐng)運(yùn)行以上程序，注意觀察海龜?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡。

說明：方向控制方法（left（）、right（））指的是在海龜當(dāng)前行進(jìn)方向上進(jìn)行左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，因此，弄清楚海龜（畫筆筆尖）當(dāng)前的行進(jìn)方向很重要。

2.不使用Turtle類完成圖形的繪制

上面是通過調(diào)用 turtle 庫里的 Turtle 類來創(chuàng)建一個(gè)繪圖窗口的實(shí)例，但是也可以不通過這種方法來完成圖形的繪制，請(qǐng)看下面的代碼。

【例1-16】 繪制正方形，其中兩邊是紅色，兩邊是綠色。

1.5.2 turtle繪圖的基礎(chǔ)知識(shí)

1.設(shè)置繪圖窗體大小

畫布是turtle中用于繪圖的區(qū)域，即turtle的繪圖窗口，可以設(shè)置它的大小和初始位置。turtle的畫布空間中的最小單位是像素。

1）screensize方法

參數(shù)分別為畫布的寬（單位像素）、高及背景顏色，如果省略參數(shù)，則將繪制一個(gè)大小為400×300的窗口，并返回當(dāng)前窗口的寬度和高度。

canvwidth——正整數(shù)；

canvheight——正整數(shù)；

bg——表示繪圖窗口的背景顏色，可用顏色字符串表示，或者用RGB元組表示。

【例1-17】 繪制一個(gè)大小為400×300的窗口，背景顏色為默認(rèn)色白色。

【例 1-18】 繪制一個(gè)大小為 2000×1500 的窗口，背景顏色為白色，此時(shí)窗口會(huì)顯示水平和垂直滾動(dòng)條。

繪圖窗口的繪制也可以用以下方法來完成。

2）setup方法

turtle.setup(width,height,startx=None,starty=None)

設(shè)置繪圖窗口的大小及位置，這里的位置（startx，starty）指的是繪圖窗口左上角相較于計(jì)算機(jī)屏幕窗口（計(jì)算機(jī)屏幕窗口原點(diǎn)在屏幕窗口的左上角）的坐標(biāo)位置（見圖1-25）^[8]。

當(dāng)width、height的值為整數(shù)時(shí)，表示像素；當(dāng)為小數(shù)時(shí)，表示占據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕的比例；默認(rèn)width=0.5，height=0.75。

（startx，starty）這一坐標(biāo)表示繪圖窗口左上角頂點(diǎn)的位置，如果為空，則繪圖窗口位于計(jì)算機(jī)屏幕中心。

當(dāng) startx 的值為正數(shù)時(shí)，指的是窗口左邊距離計(jì)算機(jī)屏幕左邊的距離；當(dāng)為負(fù)數(shù)時(shí)，則表示窗口右邊距離計(jì)算機(jī)屏幕右邊的距離。

當(dāng) starty 的值為正數(shù)時(shí)，指的是窗口頂部距離計(jì)算機(jī)屏幕頂部的距離；當(dāng)為負(fù)數(shù)時(shí)，則表示窗口底部距離計(jì)算機(jī)屏幕底部的距離。

【例 1-19】 設(shè)置繪圖窗口大小為 200×200 像素，位于計(jì)算機(jī)屏幕左上方（窗口左上角與計(jì)算機(jī)屏幕原點(diǎn)重合）。

【例 1-20】 設(shè)置繪圖窗口的寬度和高度分別是計(jì)算機(jī)屏幕的 75%和 50%，位于計(jì)算機(jī)屏幕正中心。

通過改變startx和starty的值來觀察窗口的變化情況。

2.screensize方法和setup方法的異同點(diǎn)

雖然turtle.screensize（）和turtle.setup（）都能繪制窗口，但它們有不同之處。

（1）turtle.screensize（）可以設(shè)置繪圖窗口的背景顏色，而turtle.setup（）不能。

（2）turtle.screensize（）繪制窗口時(shí)，無論給出的寬度和高度是多少，所繪制的窗口在屏幕上顯示的都為 400×300。超過這個(gè)大小，窗口會(huì)顯示水平和垂直滾動(dòng)條。而turtle.setup（）會(huì)根據(jù)給定的寬度、高度值來繪制窗口。

（3）turtle.screensize（）所繪制的窗口位于計(jì)算機(jī)屏幕上固定的位置，而 turtle.setup（）可以指定它在計(jì)算機(jī)屏幕上的位置。

其實(shí)，以上兩個(gè)方法在圖形繪制過程中并不是必需的，請(qǐng)參考1.5.1節(jié)繪制正方形的第2種方法。

1.5.3 利用turtle庫提供的方法繪制圖形

turtle 庫提供了很多方法，通過這些方法可以讓海龜（畫筆）在繪圖窗口中游走，從而完成圖形的繪制。這里主要介紹 3 類方法：畫筆控制方法、運(yùn)動(dòng)控制方法及全局控制方法。更多的方法及使用方式可用“help（turtle）”進(jìn)行查閱，如圖1-26所示。

在圖 1-26 界面中，還可以通過按下“Ctrl+F”快捷鍵彈出搜索框進(jìn)行關(guān)鍵字的查閱（見圖1-27）。

1.turtle畫筆控制方法

通過畫筆控制方法可以設(shè)置畫筆的粗細(xì)和顏色、畫筆筆尖抬起（此時(shí)走過的路徑就不會(huì)形成圖形）、畫筆筆尖放下等，配合運(yùn)動(dòng)控制方法就能畫出我們想要的圖形。turtle畫筆控制方法如表1-4所示。

可以通過設(shè)置turtle.color（pencolor，fillcolor）來設(shè)置畫筆顏色和封閉圖形的填充色，第1 個(gè)參數(shù) pencolor 代表畫筆顏色，第 2 個(gè)參數(shù) fillcolor 代表填充色。如果只有 1 個(gè)參數(shù)，那就意味著畫筆顏色和填充色都用同一種顏色。

turtle.color（pencolor，fillcolor）更為詳細(xì)的用法可通過help（turtle.color）進(jìn)行查閱。

【例1-21】 繪制一個(gè)紅色三角形及一個(gè)×。

運(yùn)行結(jié)果如圖1-28所示。

turtle 庫默認(rèn)采用 RGB 的小數(shù)值來表示顏色，但可通過 turtle.colormode（mode）進(jìn)行模式設(shè)置，即切換使用整數(shù)值來表示顏色。由紅、綠、藍(lán)3種顏色可構(gòu)成我們所看到的任意顏色，RGB指紅、綠、藍(lán)3種顏色通道的組合。常用的RGB顏色值如表1-5所示^[8]。

2.turtle運(yùn)動(dòng)控制方法

通過操縱海龜在繪圖窗口中的行進(jìn)，可以完成圖形的繪制。控制海龜行進(jìn)的時(shí)候，海龜可以走直線，也可以走曲線。完成這些操作的方法可參見表1-6。

注意：（1）凡是在沒有抬起畫筆筆尖的情況下移動(dòng)畫筆都會(huì)形成圖形。

（2）海龜（畫筆筆尖）后退時(shí)，畫筆筆尖方向并不改變（這一點(diǎn)尤其要注意）。

3.turtle全局控制方法

turtle全局控制方法可參見表1-7。

“turtle.write（）”方法的作用是將文本寫在當(dāng)前畫筆（海龜）所在位置，同時(shí)可以通過“move”選項(xiàng)來確定文本寫入后畫筆（海龜）是否移動(dòng)位置。每個(gè)參數(shù)的具體含義如下：

s——輸出文本內(nèi)容，也可以輸出多行內(nèi)容，用“'\n'”進(jìn)行換行處理。

move——有兩個(gè)取值，True和False。

move=False為默認(rèn)值。

move=True，則在寫入文本內(nèi)容后，畫筆（海龜）會(huì)移動(dòng)到文本內(nèi)容的右下角處。

move=False，則在寫入文本內(nèi)容后，畫筆（海龜）不會(huì)移動(dòng)位置。

只要帶有 move 參數(shù)，輸出的文本內(nèi)容就會(huì)有畫筆走過留下的痕跡，所以，通常不設(shè)置該參數(shù)。

align——有3個(gè)取值，'left'、'right'和'center'。

align='left'為默認(rèn)值。

align='left'，文本從畫筆的當(dāng)前位置開始寫，寫完文本內(nèi)容后，畫筆會(huì)移動(dòng)到文本內(nèi)容右下角的最后一個(gè)字后。

align='right'，此時(shí)有兩點(diǎn)要注意：①文本最后一個(gè)字的位置為當(dāng)前畫筆所在位置，即系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)文本內(nèi)容多少選擇從何處開始寫，但寫完后的位置為當(dāng)前畫筆所在位置；②無論 move 的值設(shè)定為 True 還是 False，畫筆都不會(huì)移動(dòng)，但還是有畫筆走過留下的痕跡。

align='center'，文本輸出在當(dāng)前畫筆的中心位置，寫完文本內(nèi)容后，畫筆會(huì)移動(dòng)到文本內(nèi)容右下角的最后一個(gè)字后。

對(duì)于font=（fontname，fontsize，fonttype），fontname和fonttype均為字符串，分別表示輸出字體的名稱和類型，fontsize為字體大小。

fonttype可取'normal'，'bold'，'italic'，'underline'，還可以自由組合，如'bold italic'。

fontname可取'Arial'、'Times New Roman'、'宋體'、'楷體'、'黑體'、'微軟雅黑'等。

關(guān)于該方法的更多細(xì)節(jié)也可以通過help（turtle.write）進(jìn)行查閱。

4.示例

【例1-22】 繪制圖文。

運(yùn)行結(jié)果如圖1-29所示。