python基于turtle绘制几何图形(画笔填充)

1. 什么是turtle

turtle模拟了人在画布前画画的过程：给你一支笔（Pen），下笔（pendown），移动画笔绘制你的图形，然后填色等等。turtle提供了几种简单的命令，通过组合他们的顺序，只要够耐心，turtle可以画出令人惊叹的作品，很适合用来引导小朋友学习编程。

先来感受下作品：

2. turtle例子

我们通过一个简单的例子来了解turtle的基本操作

importturtle
#screen画布属性设置
canvas=turtle.Screen()
canvas.bgcolor("white")
#画笔设置
pen=turtle.Pen()
pen.hideturtle()
pen.color('red','yellow')
#开始画第一个部分，并填充颜色
pen.begin_fill()
whileTrue:
pen.forward(200)
pen.left(170)
ifabs(pen.pos())<1:
break
pen.end_fill()
#提笔，移动位置，画第二个部分
pen.penup()
pen.goto(-100,-100)
pen.pendown()
foriinrange(5):
pen.forward(30)#长度300像素
pen.right(144)#转角144度
turtle.done()

从上面可知turtle有两个部分组成画笔Turtle 和画布Screen, Turtle在Screen上移动来作画。
需要注意的是，turtle起始的位置是(0, 0),位于画布中心，左边和下边的坐标为负值。
画笔Turtle重要操作：

画笔申明：如果画笔上有很多画笔需要申明 turtle.Pen()，否则默认是一个画笔，无需申明，如turtle.forward(50)就是表示画笔向前移动50
画笔颜色：color('red', 'yellow')，第一个red表示画笔颜色， yellow表示填充颜色
填充的范围：begin_fill()和end_fill()之间的部分
画笔的移动：forward是向前多少距离，left是向左角度，与之对应的是向后backward 和向右right。goto()是移动到某个坐标值
画笔的当前属性：如位置pos()即海龟当前的坐标 (x,y) ，还有如朝向角度值：heading()
画笔的控制：penup和pendown，默认画笔是在pendown状态下，只要有移动就会在画布上画出图形，如果需要调整位置，在另外一个位置下笔，需要先penup，否则移动画笔时也会有线条出来。这个和现实中画画是一样的。
画笔的可见性：正常情况下画笔时一个箭头的形状，可以通过hideturtle()和showturtle()隐藏和显示画笔

Screen重要操作：

设置背景颜色：bgcolor("white")

3. 其他turtle功能

除了上面例子中涉及到turtle常用功能函数，还有一些重要的功能。

圆形circle() 前面的例子给出的是直线的例子（直线可以构成三角形，多边形等），另外一个重要的图形是圆形turtle.circle(radius, extent=None, steps=None)

我们来看一个太极的例子：

importturtle
fromturtleimport*#从turtle中导出所有模块
radius=100#半径为100
color("black","black")#画线颜色黑色，填充颜色黑色
begin_fill()#开始填充
circle(radius/2,180)#逆时针画圈，半径为50,180°
circle(radius,180)#逆时针画圈，半径为100,180°
left(180)#转向180°
circle(-radius/2,180)#顺时针画圈，半径50,180°
end_fill()#填充结束
#移动到画太极图黑色的小圈位置，开始画小白圈
left(90)#左转向90°，海龟头垂直水平线向上
penup()#提笔，不留痕迹
forward(radius*0.35)#向前，半径的0.35=35像素
right(90)#右转向90°，海龟头与右侧水平线同向
pendown()#落笔，开始画线
#开始画太极图黑色部分的小白圈
color("white","white")#画线颜色为白色，填充颜色为白色
begin_fill()#开始填充
circle(radius*0.15)#逆时针画圈，半径的0.15=15像素（35+15+15+35=100）
end_fill()#填充结束
left(90)#左转向90°
penup()#提笔，不留痕迹
backward(radius*0.7)#后退往下走，为半径的0.7=70，此时海龟头朝上与水平垂直
pendown()#落笔，开始留下痕迹
left(90)#左转90°，此时海龟头与左侧水平同向
#开始画太极图白色部分里的小黑圈
color("black","black")#画线颜色为黑色，填充为黑色
begin_fill()#开始填充
circle(radius*0.15)#开始逆时针画圈，半径的0.15=15个像素
end_fill()#填充完毕
right(90)#再右转90°，此时海龟头垂直水平线向上
penup()#提笔，不留痕迹
backward(radius*0.65)#后退为半径的0.65=65个像素，往下到达太极图黑色半圈的底点处
right(90)#右转90°，海龟头与右侧水平线同向
pendown()#落笔，开始留下痕迹
circle(radius,180)#逆时针画圈，半径100,180°，画太极图的白色部分的大圈
hideturtle()#隐藏笔头hideturtle
turtle.done()

radius:半径， radius 为正值则朝逆时针方向绘制圆弧，否则朝顺时针方向
extent：表示是否画部分的圆，如半圆是180，默认是一整个圆
steps：是表示画圆用多少个多边形来画。圆其实是无穷多个多边形来近似得到。不过一般情况下，一定程度的多边形，肉眼就会人为圆的幅度是光滑的

可以看出太极图有2个小半圆和2个大半圆，以及2个更小的整圆构成。

动画控制 turtle绘制图像的过程其实是动态的，每绘制一个部分画面可以理解为一个视频帧，画完视频就结束。所以turtle除了可以绘制图形，还可以用来做动画演示或者交互游戏也是可以。下面以一个例子说明下:

importturtle,time
#初始不更新画面
turtle.tracer(0)
#地板墙
wall=turtle.Pen()
wall.pencolor('red')
wall.pensize(10)
wall.hideturtle()
wall.penup()
wall.goto(-300,-200)
wall.pendown()
wall.forward(600)
#小球
R=15
ball=turtle.Turtle('circle')
ball.shapesize(R/10)
ball.penup()
pos_x,pos_y=[100,100]
pos_x,pos_y=ball.pos()
ball.goto(pos_x,pos_y)
wall_x,wall_y=wall.pos()
#球参数
FPS=60#每秒60帧
G=0.03#模拟重力加速度
DRAG=0.9956#阻力
v_y=1#初始速度
whileTrue:
#清除印章
ball.clearstamps()
v_y+=G#模拟重力加速度
ifpos_y-R-10<wall_y:#撞地面
v_y*=-1
pos_x,pos_y=pos_x,pos_y-v_y
ball.goto(pos_x,pos_y)
v_y=v_y*DRAG
#通过印章显示球
ball.stamp()
#更新画面信息
turtle.update()
time.sleep(1/FPS)

4. 更多的例子

玫瑰曲线

fromturtleimport*
frommathimport*
color("red")
defdraw(a,end):
t=0
whilet<(14*end):
x=a*sin(t*3.14)*cos(t)
y=a*sin(t*3.14)*sin(t)
goto(x,y)
t=t+0.03
draw(100,3.14)
done()

螺旋

importturtle
t=turtle.Pen()
forxinrange(360):
t.forward(x)
t.left(59)
done()

扇子

fromturtleimport*
forward(200)
left(90)
fillcolor('red')
begin_fill()
circle(100,180)
end_fill()
left(90)
forward(100)
foriinrange(17):
left(10)
pencolor('yellow')
forward(100)
backward(100)
left(100)
pensize(10)
pencolor('red')
forward(100)
hideturtle()
done()