Python利用3D引擎做一個太陽系行星模擬器

Posted on 2023-01-07 by WalkonNet

這次，我們再來用Ursina引擎來做一個太陽系行星模擬器吧！

想要瞭解Ursina 3D引擎的基本使用方法的話，查看我的另一篇文章：詳解Python 3D引擎Ursina如何繪制立體圖形

這一次，我們要實現的效果如下

首先，送上本次需要用到的資源

Earth.jpg

Jupiter.jpg

Mars.jpg

Mercury.jpg

Neptune.jpg

Saturn.jpg

Sun.jpg

Uranus.jpg

Venus.jpg

現在，就開始寫代碼吧！

首先，導入我們需要的模塊，導入3D引擎ursina，數學庫math，ursina中自帶的第一人稱，sys，random隨機庫

from ursina import *
from math import *
from ursina.prefabs.first_person_controller import FirstPersonController
import sys
import random as rd

然後，創建app

app=Ursina()

將窗口設置為全屏，並設置背景顏色

window.fullscreen=True
window.color=color.black

定義一個列表，來儲存生成的星

planets=[]

引入所有星球的材質

sun_texture=load_texture("texture/Sun.png")
mercury_texture=load_texture("texture/Mercury.png")
venus_texture=load_texture("texture/Venus.png")
earth_texture=load_texture("texture/Earth.png")
mars_texture=load_texture("texture/Mars.png")
jupiter_texture=load_texture("texture/Jupiter.png")
saturn_texture=load_texture("texture/Saturn.png")
uranus_texture=load_texture("texture/Uranus.png")
neptune_texture=load_texture("texture/Neptune.png")

創建一個類Planet，繼承自實體Entity，傳入_type是星的類型，pos是位置，scale是縮放

angle：每次更新的時候行星圍繞太陽轉的弧度

fastMode的值為1或0，表示是否讓行星圍繞太陽公轉速度增加到200倍

rotation：星球傾斜度，這裡我們隨機生成

rotspeed：星球自轉的速度

rotMode：表示沿著xyz軸的其中一條進行旋轉，自動選擇

_type存儲星球類型

texture則是材質，通過eval獲得該變量

然後進行超類的初始化，model是sphere，也就是球體形狀，texture表示貼圖，color顏色設置為white，position傳入坐標

定義turn方法，傳入angle，隻要不是太陽，就進行自轉公轉操作，如果是快速模式，則速度增加到200倍，然後計算得出新的xy坐標，並用exec進行自傳操作

最後定義input方法，接受用戶輸入，註意，這裡方法名必須用input，因為它是系統自動調用的，它總會向其傳入一個參數，為按下的按鍵名字，我們就進行判斷，如果按下回車，則進行快速模式和普通模式間的切換

class Planet(Entity):
    def __init__(self,_type,pos,scale=2):
        self.angle=rd.uniform(0.0005,0.01)
        self.fastMode=0
        self.rotation=(rd.randint(0,360) for i in range(3))
        self.rotspeed=rd.uniform(0.25,1.5)
        self.rotMode=rd.choice(["x","y","z"])
        self._type=_type
        texture=eval(f"{_type}_texture")
        super().__init__(model="sphere",
                         scale=scale,
                         texture=texture,
                         color=color.white,
                         position=pos)
 
    def turn(self,angle):
        if self._type!="sun":
            if self.fastMode:
                angle*=200
            self.x=self.x*cos(radians(angle))-self.y*sin(radians(angle))
            self.y=self.x*sin(radians(angle))+self.y*cos(radians(angle))
            exec(f"self.rotation_{self.rotMode}+=self.rotspeed")
 
    def input(self,key):
        if key=="enter":
            self.fastMode=1-self.fastMode

接下來，我們定義Player類，繼承自FirstPersonController

為什麼不直接用FirstPersonController呢？

因為ursina自帶的FirstPersonController自帶重力，我們這裡隻是作為第一人稱的視角使用，不需要重力，然後還有一些功能我們不需要用到，所以我們就寫一個類繼承下來，然後重寫它的一部分代碼即可。首先，引入全局變量planets，超類初始化，視野設置為90，將初始位置設置為地球的位置，重力（gravity）設置為0，表示沒有重力，vspeed表示上升下降時的速度，speed表示水平方向移動的速度，mouse_sensitivity是鼠標靈敏度，需要用Vec2的形式，註意，上面除瞭vspeed變量可以自己命名，其它的都不可以修改。接下來，重寫input，隻接收esc按鍵的信息，當我們按下esc時，如果鼠標為鎖定，則釋放，如果已經釋放，則退出程序。然後創建_update方法，這裡我們不重寫ursina自動調用的update方法，因為系統代碼裡面，update方法還有很多操作，如果我們要重寫的話，可能還要加上把系統代碼復制過來，代碼過於繁瑣，這裡我們自己定義一個名字，在接下來會講到的代碼中自己調用它，在該方法中，監聽鼠標左鍵、左shift和空格的事件，空格原本是跳躍，這裡我們設置為上升，系統代碼是在input中接收空格鍵的信息的，我們已經重寫過瞭，所以這裡不會觸發系統代碼的跳躍方法。

這裡講一下input和update中進行按鍵事件監聽操作的不同，input每次隻接收一個按鍵，而且，如果我們一個按鍵一直按下，它不會一直觸發，隻會觸發一次，然後等到該按鍵釋放，才會重新對該按鍵進行監聽；update相當於主循環，在任何於ursina有關的地方（比如繼承自Entity、Button這樣的類，或者是主程序）寫update方法，ursina都會進行自動調用，我們不需要手動調用它，在update方法中監聽事件，我們用到瞭held_keys，不難發現，held_keys有多個元素，隻要按下就為True，所以每次運行到這裡，隻要按鍵按下，就執行，而input傳入的key本身就是一個元素，所以隻有一個，我們按下esc的操作不能連續調用，所以用input，其它移動玩傢的代碼時可以重復執行的，所以寫在update（應該說是用held_keys）中。

class Player(FirstPersonController):
    def __init__(self):
        global planets
        super().__init__()
        camera.fov=90
        self.position=planets[3].position
        self.gravity=0
        self.vspeed=2
        self.speed=600
        self.mouse_sensitivity=Vec2(160,160)
        self.on_enable()
 
    def input(self,key):
        if key=="escape":
            if mouse.locked:
                self.on_disable()
            else:
                sys.exit()
 
    def _update(self):
        if held_keys["left mouse"]:
            self.on_enable()
        if held_keys["left shift"]:
            self.y-=self.vspeed
        if held_keys["space"]:
            self.y+=self.vspeed

然後在主程序中寫update方法，並在其中調用我們剛剛寫的player中的_update方法，再對星球進行自轉公轉操作

def update():
    global planets,player
    for planet in planets:
        planet.turn(planet.angle)
    player._update()

接下來，我們定義兩個列表，分別表示星球名稱和星球的大小，其實在實際的大小比例中，和這個相差很多，如果地球是1，太陽則大約為130000，木星和圖形分別為1500多和700多，這樣相差太大，做在程序裡看起來很不尋常，所以我們這裡對大多數星球的大小進行放大縮小，把它們大小的相差拉近點。然後遍歷並繪制，每顆星球的間隔為前一個的10倍

ps=["sun","mercury","venus","earth","mars","jupiter","saturn","uranus","neptune"]
cp=[200,15,35,42,20,160,145,90,80]
x,y,z=0,0,0
for i,p in enumerate(ps):
    newPlanet=Planet(p,(x,y,z),cp[i])
    planets.append(newPlanet)
    x+=cp[i]*10

最後實例化player，並運行app

player=Player()
 
if __name__ == '__main__':
    app.run()

然後就能實現文章前面展示的效果啦~

最後，附上代碼

from ursina import *
from math import *
from ursina.prefabs.first_person_controller import FirstPersonController
import sys
import random as rd
 
app=Ursina()
window.fullscreen=True
window.color=color.black
 
planets=[]
 
class Planet(Entity):
    def __init__(self,_type,pos,scale=2):
        self.angle=rd.uniform(0.0005,0.01)
        self.fastMode=0
        self.rotation=(rd.randint(0,360) for i in range(3))
        self.rotspeed=rd.uniform(0.25,1.5)
        self.rotMode=rd.choice(["x","y","z"])
        self._type=_type
        texture=eval(f"{_type}_texture")
        super().__init__(model="sphere",
                         scale=scale,
                         texture=texture,
                         color=color.white,
                         position=pos)
 
    def turn(self,angle):
        if self._type!="sun":
            if self.fastMode:
                angle*=200
            self.x=self.x*cos(radians(angle))-self.y*sin(radians(angle))
            self.y=self.x*sin(radians(angle))+self.y*cos(radians(angle))
            exec(f"self.rotation_{self.rotMode}+=self.rotspeed")
 
    def input(self,key):
        if key=="enter":
            self.fastMode=1-self.fastMode
 
class Player(FirstPersonController):
    def __init__(self):
        global planets
        super().__init__()
        camera.fov=90
        self.position=planets[3].position
        self.gravity=0
        self.vspeed=2
        self.speed=600
        self.mouse_sensitivity=Vec2(160,160)
        self.on_enable()
 
    def input(self,key):
        if key=="escape":
            if mouse.locked:
                self.on_disable()
            else:
                sys.exit()
 
    def _update(self):
        if held_keys["left mouse"]:
            self.on_enable()
        if held_keys["left shift"]:
            self.y-=self.vspeed
        if held_keys["space"]:
            self.y+=self.vspeed
 
def update():
    global planets,player
    for planet in planets:
        planet.turn(planet.angle)
    player._update()
 
sun_texture=load_texture("texture/Sun.png")
mercury_texture=load_texture("texture/Mercury.png")
venus_texture=load_texture("texture/Venus.png")
earth_texture=load_texture("texture/Earth.png")
mars_texture=load_texture("texture/Mars.png")
jupiter_texture=load_texture("texture/Jupiter.png")
saturn_texture=load_texture("texture/Saturn.png")
uranus_texture=load_texture("texture/Uranus.png")
neptune_texture=load_texture("texture/Neptune.png")
 
ps=["sun","mercury","venus","earth","mars","jupiter","saturn","uranus","neptune"]
cp=[200,15,35,42,20,160,145,90,80]
x,y,z=0,0,0
for i,p in enumerate(ps):
    newPlanet=Planet(p,(x,y,z),cp[i])
    planets.append(newPlanet)
    x+=cp[i]*10
 
player=Player()
 
if __name__ == '__main__':
    app.run()

以上就是Python利用3D引擎做一個太陽系行星模擬器的詳細內容，更多關於Python太陽系行星模擬器的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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