玩manim的up主都会日常拿傅里叶变换画图练手。作为manim新手,自然也是要来试一下。
关于利用傅立叶级数绘图的原理部分可参考下面这个链接:
http://www.jezzamon.com/fourier/zh-cn.html
或者 wiki百科傅里叶变换(这个是公式汇总)
首先生成svg图片,图片中包含需要制作的path路径,一般是一些直线和三阶贝塞尔曲线。然后引擎的get_shape方法可以直接处理svg图片生成shape对象,get_path方法通过shape生成程序中所需path对象(实际上为点集,供傅里叶变换采样使用。)
def get_shape(self):
shape = SVGMobject(self.file_name)
return shape
def get_path(self):
shape = self.get_shape()
path = shape.family_members_with_points()[0]
path.set_height(self.height)
path.set_fill(opacity=0)
path.set_stroke(WHITE, 0)
return path
接下来是制作傅里叶变换画图视频程序中主要用到的数学公式
程序中通过上面生成的采样点做复变换后累加得到各参数,源码如下:
def get_coefficients_of_path(self, path, n_samples=10000, freqs=None):
if freqs is None:
freqs = self.get_freqs()
dt = 1 / n_samples
ts = np.arange(0, 1, dt)
samples = np.array([
path.point_from_proportion(t)
for t in ts
])
samples -= self.center_point
complex_samples = samples[:, 0] + 1j * samples[:, 1]
result = []
for freq in freqs:
riemann_sum = np.array([
np.exp(-TAU * 1j * freq * t) * cs
for t, cs in zip(ts, complex_samples)
]).sum() * dt
result.append(riemann_sum)
return result
这里要特别注意的是程序对svg文件中的path格式要求还是比较严格的,如果绘图出错,多半是path格式的文件有点问题。
大致流程就是这样子了,最后来个成果展示。
来个死神小学生试一下(1000个向量)
再来个签名(1000个向量)