Python 与数学之美:用代码绽放冰晶花

import numpy as npimport matplotlibmatplotlib.use('Agg')  # 关键：后台渲染，不弹窗import matplotlib.pyplot as pltfrom matplotlib import animationimport osfrom PIL import Imageplt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei', 'SimHei']plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = Falsedef generate_realistic_flower():    print("=" * 60)    print("🌸 正在生成【逼真动态永生花】...")    print("   使用高阶参数方程 + 剧烈呼吸律动 + 动态流光配色")    print("=" * 60)    # 1. 初始化画布 - 高分辨率渲染    fig = plt.figure(figsize=(14.1, 6), dpi=200, facecolor='black')    fig.subplots_adjust(left=0.02, right=0.98, top=0.98, bottom=0.02)    ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')    ax.set_facecolor('black')    ax.axis('off')    # 花朵缩小系数：让花朵更精致真实    GLOBAL_SCALE = 4.0    # 2. 生成数学模型数据（核心：高阶永生花方程 - 极速优化版）    # 略微降低 t 的分辨率以换取速度    [x, t] = np.meshgrid(np.array(range(25)) / 24.0,                         np.arange(0, 575.5, 1.0) / 575 * 17 * np.pi - 2 * np.pi)    # 核心方程组：模拟花瓣的扭曲和层叠    p = (np.pi / 2) * np.exp(-t / (8 * np.pi))    u = 1 - (1 - np.mod(3.6 * t, 2 * np.pi) / np.pi) ** 4 / 2    y = 2 * (x ** 2 - x) ** 2 * np.sin(p)    r = u * (x * np.sin(p) + y * np.cos(p)) * GLOBAL_SCALE    h = u * (x * np.cos(p) - y * np.sin(p)) * GLOBAL_SCALE    def animate(frame):        ax.clear()        ax.set_axis_off()        ax.set_facecolor('black')        # 呼吸效果：更强的呼吸感        breathe_factor = 1 + 0.25 * np.sin(frame * 0.08)        # 计算当前帧坐标        X = r * np.cos(t) * breathe_factor        Y = r * np.sin(t) * breathe_factor        Z = h * breathe_factor        # 配色方案：冰晶质感（蓝白渐变）        cmap = plt.get_cmap('coolwarm')        # 绘制表面：恢复网格增强真实感        surf = ax.plot_surface(X, Y, Z,                               cmap=cmap,                               alpha=0.75,  # 提高不透明度，增强质感                               linewidth=0.2,  # 细网格线增强真实感                               antialiased=True,                               rstride=3, cstride=3,                               shade=True,  # 开启阴影增强立体感                               vmin=-4, vmax=4)        # 视角：40 度仰角 + 顺畅旋转        ax.view_init(elev=40, azim=frame * 0.8)        # 坐标轴范围匹配缩小后的花朵        limit = 5.0        ax.set_xlim(-limit, limit)        ax.set_ylim(-limit, limit)        ax.set_zlim(-limit, limit)        return fig,    print(" 正在计算高阶几何结构...")    # 3. 创建动画（增加帧数让旋转更顺畅：180帧）    ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=180, interval=50, blit=False)    # 4. 先保存原始 GIF    temp_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "temp_flower.gif")    print(f"💾 正在导出原始 GIF...")    ani.save(temp_path, writer='pillow', fps=20, dpi=100)    plt.close()    # 5. 用 PIL 裁剪黑边 + 转透明背景    print("️ 正在裁剪黑边并转换透明背景...")    from PIL import ImageSequence    frames = []    with Image.open(temp_path) as img:        for idx, frame in enumerate(ImageSequence.Iterator(img)):            # 转换到 RGBA（支持透明）            frame = frame.convert('RGBA')            pixels = frame.load()            w, h = frame.size            # 找到非黑区域的边界            min_x, min_y = w, h            max_x, max_y = 0, 0            # 采样检测            step = 3            for y in range(0, h, step):                for x in range(0, w, step):                    r, g, b, a = pixels[x, y]                    if r > 15 or g > 15 or b > 15:  # 非黑色                        min_x = min(min_x, x)                        min_y = min(min_y, y)                        max_x = max(max_x, x)                        max_y = max(max_y, y)            # 扩大边距（多留空白，不铺满）            padding = 80  # 大幅增加边距            min_x = max(0, min_x - padding)            min_y = max(0, min_y - padding)            max_x = min(w, max_x + padding)            max_y = min(h, max_y + padding)            # 裁剪            cropped = frame.crop((min_x, min_y, max_x, max_y))            # 创建最终画布（705x300），填充浅蓝灰背景            final = Image.new('RGBA', (705, 300), (200, 220, 240, 255))            # 将花朵居中放置到画布上            paste_x = (705 - cropped.size[0]) // 2            paste_y = (300 - cropped.size[1]) // 2            final.paste(cropped, (paste_x, paste_y), cropped)            frames.append(final)            if idx % 30 == 0:                print(f"   处理进度: {idx}/{len(frames) ifhasattr(frames, '__len__') else'?'} 帧")    # 保存为带背景 GIF    output_path = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "ice_crystal_flower.gif")    frames[0].save(output_path, save_all=True, append_images=frames[1:], duration=50, loop=0)    # 删除临时文件    os.remove(temp_path)    print(f"\n✅ 完成！已保存至:")    print(f"   {output_path}")    print("   尺寸: 705x300 (2.35:1)，浅蓝灰背景，冰晶质感")    print("=" * 60)if __name__ == '__main__':    generate_realistic_flower()