Создание окна в Python Turtle: черепашья графика, рисование алгоритмом и геометрические фигуры

Памятка по созданию окна в Python Turtle

1. Импортируйте библиотеку turtle.
2. Создайте объект Screen.
3. Настройте размер окна через setup().
4. Установите цвет фона через bgcolor().
5. Задайте заголовок окна через title().
6. Настройте анимацию через tracer().
7. Создайте черепашку через Turtle().
8. Напишите код для рисования.
9. Завершите программу через done() или exitonclick().
10. Проверьте корректность закрытия окна.

Начало работы. Движения

Мы командуем черепашкой простыми словами на английском языке. left, right – поворот налево и направо, forward и backward – движение вперед и назад. В программе каждое действие – вызов функции из модуля turtle. Простая программа:

• Поворот направо на 90 градусов
• Движение вперед на 100 шагов (пикселей)
• Поворот налево на 90 градусов
• Движение назад на 100 шагов

Отлично! Теперь это черепашка, пусть и монохромная. Дополнительно, функция exitonclick() позволяет закрыть окно и завершить выполнение программы кликом мышкой по окну. А еще можно использовать сокращенные названия функций: fd(100) вместо forward(100), rt вместо right, lt вместо left, bk вместо backward.

Геометрические фигуры

• Прямая: просто движение вперед
• Квадрат: вперед, поворот на 90 градусов и так 4 раза. Повторение команд – значит, можно выполнить их в цикле for!
• Пятиконечная звезда: вперед, поворот на 144 градусов и так 5 раз.

Далее идут инструкции с отступом в 4 пробела. Код с отступами – тело цикла. Когда цикл завершается, отступы больше не ставятся.

Скучно рисовать одинокие фигуры. Поэтому мы приготовились рисовать сразу несколько и теперь создаем отдельный экземпляр класса Turtle для каждой фигуры. Так мы можем менять цвет линии и другие параметры отдельно для каждой фигуры. Потом, когда мы захотим дорисовать или изменить параметры фигуры, у нее будут сохранены старые параметры. Их не надо будет устанавливать заново, как это было бы без отдельных экземпляров класса для каждой фигуры.

Круг и точка

Не хватает плавных изгибов? На помощь приходят функции dot() и circle():

• изменили заголовок окна функцией title(),
• установили толщину линии – pensize(),
• установили цвет линии – pencolor(),
• Подняли черепашку перед перемещением – penup() и опустили после – pendown().

• Используя код из примеров и функцию goto(), нарисовать галерею из 5 или более многоугольников на одном поле. Использовать экземпляр класса ().
• Нарисованные многоугольники закрасить разными цветами. Пробуйте стандартные цвета или их шестнадцатеричное представление. Не забудьте кавычки вокруг названия или кода цвета!

• У нас есть два варианта нарисовать несколько фигур: используя отдельные классы и не используя их. Рассмотрим оба варианта.
• Без классов: import turtle () (10) (‘red’) turtle.begin_fill() for i in range(4): (100) (90) turtle.end_fill() () (200, 200) () (‘green’) turtle.begin_fill() for i in range(5): (100) (144) turtle.end_fill() () (-200, -200) () (‘blue’) turtle.begin_fill() for i in range(8): (100) (135) turtle.end_fill() () (200, -200) () (‘cyan’) turtle.begin_fill() for i in range(3): (100) (120) turtle.end_fill() () (-200, 200) () (‘magenta’) turtle.begin_fill() for i in range(9): (30) (140) (30) (100) turtle.end_fill() ()
• Получается довольно многословно. С классами (начало): import turtle square = () () (‘red’) (10) square.begin_fill() for i in range(4): (100) (90) square.end_fill() ()
• Так еще многословнее. Зачем нам понадобилось писать для каждой фигуры отдельный класс? Для того, чтобы подготовиться к написанию программы с помощью функций, которые помогут обобщить и сократить наш код. Создадим функции, используя написанную ранее обобщенную программу рисования выпуклых равносторонних многоугольников. Функция prepare() делает все приготовления для рисования: переходит в нужную точку холста, устанавливает нужный цвет и дает команду заполнять цветом. У функции три входных параметра: координаты по осям X, Y и кодовое слово цвета. Функция draw_polygon() – наш старый знакомый, так мы рисуем выпуклый многоугольник. У функции два входных параметра: количество граней и длина грани. import turtle def prepare(x, y, color): () (x, y) () (color) turtle.begin_fill() def draw_polygon(num_sides, side_length): angle = 360.0 / num_sides for i in range(num_sides): (side_length) (angle) () (10) prepare(0, 0, ‘red’) draw_polygon(3, 100) turtle.end_fill() prepare(200, 200, ‘green’) draw_polygon(4, 100) turtle.end_fill() prepare(-200, -200, ‘blue’) draw_polygon(5, 100) turtle.end_fill() prepare(200, -200, ‘cyan’) draw_polygon(6, 100) turtle.end_fill() prepare(-200, 200, ‘magenta’) draw_polygon(7, 100) turtle.end_fill() ()
• Получилось существенно сократить программу, и она стала более читаемой. Но повторяющиеся действия остались. Значит, есть еще работа для программиста! Будем рисовать все 5 фигур в цикле. Для этого все параметры соберем в списки, а внутри цикла будем брать значение параметра по индексу (номеру минус 1) в списке. Теперь всего 22 строки кода: import turtle def prepare(x, y, color): () (x, y) () (color) turtle.begin_fill() def draw_polygon(num_sides, side_length): angle = 360.0 / num_sides for i in range(num_sides): (side_length) (angle) turtle.end_fill() () (10) colors = [‘red’, ‘green’, ‘blue’, ‘cyan’, ‘magenta’] xcoords = [0, 200, -200, 200, -200] ycoords = [0, 200, -200, -200, 200] for i in range(5): prepare(xcoords[i], ycoords[i], colors[i]) draw_polygon(i+3, 100) ()
• Получились фигуры разного размера. Самостоятельно: Задать переменной внутри цикла длину грани так, чтобы фигуры казались (или являлись) равновеликими.

Изменяем параметры во время движения

При отрисовке простых фигур черепашка возвращалась в исходную точку, и программа останавливалась, ожидая, когда будет закрыто окно. Если в цикле продолжить рисовать по прежним инструкциям, фигура будет нарисована заново по уже нарисованным контурам. А если ввести дополнительный угол поворота?

• color(‘red’, ‘green’) определяет цвет линии и цвет заполнения. Черепашка теперь зеленая!
• begin_fill() и end_fill() обозначают начало и конец заполнения

Больше программирования!

Напишем обобщенную программу рисования выпуклых равносторонних многоугольников. num_sides – количество граней, side_length – длина грани, angle – угол поворота.

Что будет, если на каждом шаге увеличивать длину пути? В первый день 10 шагов, во второй – 20, далее 30, 40 и так до 200:

Координаты на плоскости

Черепашку в программе можно перемещать функцией goto(x, y). x и y – числа, или переменные. goto(0, 0) переместит черепашку в начало координат.

Вместо звезды-спирали мы получили 5 линий, расходящихся из точки начала координат.

Делаем фигуры равновеликими

• 3 – 4330.13
• 4 – 10000
• 5 – 17204.77
• 6 – 25980.76
• 7 – 36339.12

Получается, что площадь 7-угольника в 36339.12 / 4330.13 = 8.4 раза больше, чем площадь треугольника! Это очень заметно на рисунке:

Чтобы фигуры стали равновеликими, надо сделать длину грани вместо константы 100 – переменной, которая зависит от количества углов.

Как: приведем все площади к 10000. Для треугольника площадь увеличится на 10000 / 4330.13 = 2.31 раза. Для 7-угольника – уменьшится в 36339.12 / 10000 = 3.63 раз. Значит, стороны должны измениться в 1.52 и 0.52 раз соответственно, то есть, до 152 и 32.7 пикселей (снова «верим на слово»). Эту зависимость можно нащупать «на глаз», в чем и заключалось задание.

1. Поставить Matplotlib, набрав в командной строке pip install matplotlib
2. Запустить программу import as plt numsides = [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] squares = [4330.13, 10000.0, 17204.77, 25980.76, 36339.12, 48284.27, 61818.24, 76942.09, 93656.4] (numsides, squares, ‘or—‘) (‘Количество углов’) (‘Площадь’) ()

Графический интерфейс средствами библиотеки turtle.

Нарисуем прямоугольник и сделаем его кнопкой: при нажатии кнопка исчезает и появляется круг:

1. Задали название и размеры (500 на 500 пикселей) окна,
2. Создали экземпляр класса btn1 и спрятали курсор (черепашку),
3. Нарисовали прямоугольник 80 на 30;
4. подняли перо и перешли на координаты (11, 7);
5. написали Push me шрифтом Arial 12-го размера, нормальное начертание. Попробуйте вместо normal ключевые слова bold (полужирный), italic (наклонный);

• Функции () и () будут слушать (listen) и реагировать на клик по экрану (onscreenclick). Реакцией будет запуск функции btnclick(x, y)
• Напишем btnclick(x, y). У нее 2 входных параметра – координаты точки, куда мы кликнули. Наша задача: если клик был по кнопке, спрятать ее и показать оранжевый круг
• Мы помним: кнопка 80 на 30 пикселей от точки (0, 0). Значит, мы попали по кнопке, если x между 0 и 80 и y между 0 и 30. Условие попадания по кнопке: if 0<x<80 and 0<y<30:
• 1) Убираем кнопку: (), 2) создаем экземпляр класса ball = (), 3) устанавливаем ему нужные свойства.

• Нарисовать вторую кнопку (не изменяя первую!), сделать обработчик нажатия: при клике программа завершается, выполняется функция exit()
• При нажатии на первую кнопку появляется случайная фигура: при рисовании фигуры использовать random: from random import randrange print(randrange(30, 201)) # случайное целое число от 30 до 200

Управляем рисунком с клавиатуры

Итак, мы умеем рисовать фигуры разных форм и стилей, перемещать курсор в разные точки холста, а также обрабатывать клик мышкой по фигуре. Добавим к этим действиям обработку нажатий клавиш. Для этого существуют две функции:

• (fun, key): вызывается функция fun при нажатии клавиши key
• (fun, key): вызывается функция fun при отпускании клавиши key

Клавиша задается строкой с ее названием. Например, ‘space’ – пробел, ‘Up’ (с заглавной буквы) – стрелка вверх. Клавиши букв задаются заглавными, только если мы хотим нажать именно заглавную (с Shift или Caps Lock).

По нажатию клавиши мы будем перемещать фигуру. Для этого понадобятся функции, которые сообщают и изменяют координаты:

• xcor() и ycor() выдают координаты по x и y как дробные числа
• setx(x) и sety(y) устанавливают координаты. x и y – числа

Получили вывод «0.0 0.0». Теперь напишем функцию up(), которая будет запускаться при нажатии стрелки вверх и перемещать наш circ на 10 пикселей вверх:

Очень похоже на нажатие мышкой! Функцию up() можно сократить до одной строчки:

Будет работать, но функции в одну строчку писать не принято. Для таких случаев используют анонимные функции: у них может вовсе не быть имени. В Python в качестве анонимных функций используются лямбда-выражения, мы их уже использовали для сортировки. Так будет выглядеть лямбда-функция up:

Она используется у нас только в одном месте, внутри функкии (). А почему бы не соединить их вместе? Так будет выглядеть наша программа в сокращенном виде:

Всего 8 строк, и функции действительно не понадобилось имени! Как видим, язык Python дает возможность писать разными стилями, и мы можем выбирать на свой вкус: писать развернуто и красиво (как писал Гавриил Романович Державин) или кратко (как Эрнест Хемингуэй).

• Добавить движение circ влево, вправо и вниз
• Скорость движения (у нас пока 10 пикселей за раз) сделать переменной

Соединяем все вместе

У нас уже есть кнопка с текстом и обработчик клика мышкой. Соединим все в одну программу:

Есть стартовый экран, управляемый с клавиатуры персонаж… Добавим препятствие, и уже почти готова игра!

• Нарисовать фигуры, которые надо обойти герою игры. Это может быть простой лабиринт!
• Написать условное выражение (если координаты circ больше заданных величин), при котором наступает победа, и игра заканчивается. Это может быть выход из лабиринта!
• В программе должно быть реализовано движение во все 4 стороны. Можно использовать стрелки, можно – клавиши WASD. Также можно реализовать движение по диагонали, когда за один ход изменяются обе координаты.

Часто задаваемые вопросы о создании окна в Python Turtle

Вопрос: Как создать окно в Python Turtle?
Ответ: Используйте функцию turtle.Screen() для создания окна.

Вопрос: Как задать размер окна в Turtle?
Ответ: Используйте метод setup(width, height) у объекта Screen.

Вопрос: Как изменить цвет фона окна?
Ответ: Используйте метод bgcolor(‘color_name’) у объекта Screen.

Вопрос: Как задать заголовок окна?
Ответ: Используйте метод title(‘Your Title’) у объекта Screen.

Вопрос: Как закрыть окно Turtle?
Ответ: Используйте метод bye() или exitonclick() для закрытия окна по клику.

Вопрос: Как сделать окно полноэкранным?
Ответ: Используйте метод setup() с параметрами width=1.0, height=1.0.

Вопрос: Как отключить анимацию в окне Turtle?
Ответ: Используйте метод tracer(0) для отключения анимации и update() для обновления.

Вопрос: Как изменить иконку окна?
Ответ: Используйте метод iconbitmap(‘path_to_icon.ico’) у объекта Screen.

Вопрос: Как сделать окно не изменяемым по размеру?
Ответ: Используйте метод resizable(False, False) у объекта Screen.

Вопрос: Как добавить изображение в окно Turtle?
Ответ: Используйте метод addshape(‘image.gif’) и затем shape(‘image.gif’) для черепашки.