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python+基本3D显示

2019-06-03 17:06 1511 查看

    想要将双目照片合成立体图实现三维重建,完全没有头绪。但是对三维理解是必须的。所以将以前在单片机上运行的 3D画图 程序移植到python上。效果如下:

1 from math import *
2 import pygame
3 from pygame.locals import *
4 import time
5 import sys
6 import binascii  #任意中文字符时使用到此库
7
8 '''
9 * 文档: Transform3D.py
10 * 作者: 执念执战
11 *         QQ:572314251
12 *        微信:zhinianzhizhan
13 *       原名:王成程
14 *       时间:2019-6
15 *        随梦,随心,随愿,恒执念,为梦执战,执战苍天!
16 *
17 *
18 *
19 * 说明: 本文档是由之前的可以在单片机上实现3D显示的程序修改而来
20 *       直接运行时需要math、time、sys、pygame、binascii 等库的支持
21 *       3D算法从底层一步一步实现
22 *       所有的算法都是使用基本的math库算法实现,没有使用高级的numpy矩阵算法
23 *       所以理论上来说,只要移植好Gui_Point()函数和GUI_Line()函数,去掉需要pygame库支持的部分,
24 *   就可以移植到任意Python环境中(包括可以在单片机上运行的MicroPython环境中),只不过速度有差距
25 *
26 *     转载或使用情注明出处
27 '''
28
29
30
31 FOCAL_DISTANCE = 512 #透视模型
32 '''基于透视投影的基本模型'''
33
34
35
36
37 SCREEN_X_MAX = 800 #屏幕的宽和高
38 SCREEN_Y_MAX = 600
39
40 BLACK=(0,0,0)
41 WHITE=(255,255,255)
42 RED=(255,0,0)
43 GREEN=(0,255,0)
44 BLUE=(0,0,255)
45
46 ForeColor = RED #前景色和背景色
47 BackColor = BLACK
48 #Screen=[[0 for i in range(SCREEN_X_MAX)] for j in range(SCREEN_Y_MAX)] #屏幕缓存
49
50 screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_X_MAX,SCREEN_Y_MAX))
51
52 def Gui_Point(x,y,color):
53     '''|**********************************************************
54     |**函数:Gui_Point
55     |**功能:画点函数
56     |**说明:x,y:坐标点
57     |        color:颜色
58     |       若想支持其他Python环境,需要完成本函数的移植
59     |
60     |
61     |**作者:  执念执战
62     |**时间:2019-6-3
63     |*********************************************************'''
64     #Screen[(int)(y)][(int)(x)]=color
65     pygame.draw.line(screen,color,(x,y),(x+1,y),2)
66 def GUI_Line(xstart,ystart,xend,yend,color):
67     '''|**********************************************************
68     |**GUI_Line
69     |**功能:画线函数
70     |**说明:xstart,ystart:起始坐标点
71     |        xend,yend:结束坐标点
72     |        color:颜色
73     |       若想支持其他Python环境,需要完成本函数的移植
74     |
75     |
76     |**作者:  执念执战
77     |**时间:2019-6-3
78     |*********************************************************'''
79     pygame.draw.line(screen,color,(xstart,ystart),(xend,yend),2)
80
81
82
83 class zuobiaostruct:
84     '''坐标结构体'''
85     def __init__(self):
86         self.x=0
87         self.y=0
88         self.z=0
89
90 Cube_Size = 16.0 #立方体基本边长
91 Cube=[zuobiaostruct() for i in range(8)]
92
93 '''
94 相当于正方形的顶点坐标。
95 修改长度可以改为长方形,或是修改边长等。
96 当然,也可修改顶点坐标为任意数据,然后对顶点坐标进行3D运算,最后按照顺序在需要的顶点之间画线,就能生成其他3D图形
97
98 '''
99 Cube[0].x=0.0
100 Cube[0].y=0.0
101 Cube[0].z=0.0
102
103 Cube[1].x=Cube_Size
104 Cube[1].y=0.0
105 Cube[1].z=0.0
106
107 Cube[2].x=0.0
108 Cube[2].y=Cube_Size
109 Cube[2].z=0.0
110
111 Cube[3].x=Cube_Size
112 Cube[3].y=Cube_Size
113 Cube[3].z=0.0
114
115 Cube[4].x=0.0
116 Cube[4].y=0.0
117 Cube[4].z=Cube_Size
118
119 Cube[5].x=Cube_Size
120 Cube[5].y=0.0
121 Cube[5].z=Cube_Size
122
123 Cube[6].x=0.0
124 Cube[6].y=Cube_Size
125 Cube[6].z=Cube_Size
126
127 Cube[7].x=Cube_Size
128 Cube[7].y=Cube_Size
129 Cube[7].z=Cube_Size
130 '''Cube=[[0,0,0],
131     [16,0,0],
132     [0,16,0],
133     [16,16,0],
134
135     [0,0,16],
136     [16,0,16],
137     [0,16,16],
138     [16,16,16]]
139 '''
140
141
142
143
144
145
146 '''
147 -**************************************************************-
148                 3D坐标运算部分
149 -**************************************************************-
150 '''
151
152
153
154
155 def MATRIX_copy(sourceMAT):
156     '''|**********************************************************
157     |**函数:MATRIX_copy
158     |**功能:矩阵拷贝
159     |**说明:  sourceMAT[4][4](源矩阵,source matrix),
160     |                   targetMAT[4][4] (目标矩阵 target matrix)
161     |                     边学边写
162     |**作者:  执念执战
163     |**时间:2015-11-29,21:52
164     |*********************************************************'''
165     targetMAT=[[0.0 for i in range(4)] for n in range(4)]
166     for a in range(4):
167         for b in range(4):
168             targetMAT[a][b]=sourceMAT[a][b]
169     return targetMAT
170
171 ''
172
173 def MATRIX_multiply(MAT1,MAT2):
174     '''|*******************************************************
175     |**函数:MATRIX_multiply
176     |**功能:矩阵相乘
177     |**说明: MAT1[4][4](矩阵1),MAT2[4][4](矩阵2),
178     |            newMAT[4][4] (结果矩阵 )
179     |                     边学边写
180     |**作者:  执念执战
181     |**时间:2015-11-29
182     |**********************************************************'''
183     newMAT=[[0.0 for i in range(4)] for n in range(4)]
184     for a in range(4):
185         for b in range(4):
186             newMAT[a][b]=MAT1[a][0]*MAT2[0][b]+MAT1[a][1]*MAT2[1][b]+MAT1[a][2]*MAT2[2][b]+MAT1[a][3]*MAT2[3][b]
187     return newMAT
188
189
190
191 def vector_matrix_MULTIPLY(Source,MAT):
192     '''**********************************************************
193     |**函数: vector_matrix_MULTIPLY
194     |**功能:矢量与矩阵相乘
195     |**说明: Source(源矢量坐标)  MAT[][](变换坐标)
196     |                     边学边写
197     |**作者:  执念执战
198     |**时间:2015-11-29
199     |***********************************************************'''
200     Result=zuobiaostruct()
201     Result.x=Source.x*MAT[0][0]+Source.y*MAT[1][0]+Source.z*MAT[2][0]+MAT[3][0]
202     Result.y=Source.x*MAT[0][1]+Source.y*MAT[1][1]+Source.z*MAT[2][1]+MAT[3][1]
203     Result.z=Source.x*MAT[0][2]+Source.y*MAT[1][2]+Source.z*MAT[2][2]+MAT[3][2]
204     return Result
205
206
207
208 def structure_3D():
209     '''**********************************************************
210     |**函数: structure_3D
211     |**功能:构造单位矩阵
212     |**说明: 将一个数组构造成单位矩阵(对角线上全为1,其他为0)
213     |                     边学边写
214     |**作者:  执念执战
215     |**时间:2015-11-29
216     |*********************************************************'''
217     MAT=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
218     MAT[0][0]=1.0
219     MAT[0][1]=0.0
220     MAT[0][2]=0.0
221     MAT[0][3]=0.0    #// 1 0 0 0
222
223     MAT[1][0]=0.0
224     MAT[1][1]=1.0
225     MAT[1][2]=0.0
226     MAT[1][3]=0.0   #// 0 1 0 0
227
228     MAT[2][0]=0.0
229     MAT[2][1]=0.0
230     MAT[2][2]=1.0
231     MAT[2][3]=0.0
232                     #// 0 0 1 0
233     MAT[3][0]=0.0
234     MAT[3][1]=0.0
235     MAT[3][2]=0.0
236     MAT[3][3]=1.0
237                     #// 0 0 0 1
238
239     return MAT
240
241
242
243 def Translate3D(MAT,tx, ty, tz):
244     '''********************************************************
245     |**函数: Translate3D
246     |**功能:平移变换矩阵
247     |**说明:  1:tx,ty,tz 为平移参数
248     |           2:当为边长的一半的倒数时,图像绕着自己旋转,即原点在中心
249     |
250     |                     边学边写
251     |**作者:  执念执战
252     |**时间:2015-11-29
253     |**********************************************************'''
254     tMAT=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
255     tMAT[0][0]=1
256     tMAT[0][1]=0
257     tMAT[0][2]=0
258     tMAT[0][3]=0    #//    1 0 0 tx
259
260     tMAT[1][0]=0
261     tMAT[1][1]=1
262     tMAT[1][2]=0
263     tMAT[1][3]=0    #//    0 1 0 ty
264
265     tMAT[2][0]=0
266     tMAT[2][1]=0
267     tMAT[2][2]=1
268     tMAT[2][3]=0    #//    0 0 1 tz
269
270     tMAT[3][0]=tx
271     tMAT[3][1]=ty
272     tMAT[3][2]=tz
273     tMAT[3][3]=1;    #//    0 0 0 1
274
275     return MATRIX_multiply(MAT,tMAT)#//相乘
276
277
278
279 def   Scale_3D( MAT, sx, sy, sz):
280     '''*******************************************************
281     |**函数: Scale_3D
282     |**功能:比例(scale)变换矩阵
283     |**说明: 1:相对于原点上的比例变换
284     |                    2:sx,sy,sz 是对应轴上的缩放量
285     |                    3:矩阵根据三个比例进行比例变换
286     |                     边学边写
287     |**作者:  执念执战
288     |**时间:2015-11-30,7:45
289     |*********************************************************'''
290     tMAT=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
291     tMAT[0][0]=sx
292     tMAT[0][1]=0
293     tMAT[0][2]=0
294     tMAT[0][3]=0    #//    sx0 0 0
295     tMAT[1][0]=0
296     tMAT[1][1]=sy
297     tMAT[1][2]=0
298     tMAT[1][3]=0    #//    0 sy0 0
299     tMAT[2][0]=0
300     tMAT[2][1]=0
301     tMAT[2][2]=sz
302     tMAT[2][3]=0    #//    0 0 sz0
303     tMAT[3][0]=0
304     tMAT[3][1]=0
305     tMAT[3][2]=0
306     tMAT[3][3]=1    #//    0 0 0 1
307     return MATRIX_multiply(MAT,tMAT) #    //相乘
308
309
310
311
312
313
314 def  Rotate_3D( MAT, ax, ay, az):
315     '''**********************************************************/
316     |**函数: Rotate_3D
317     |**功能:旋转变换矩阵
318     |**说明: 1:绕z轴旋转az度角
319     |            2:az为旋转的角度量,赋正值为顺时针转
320     |            3:矩阵MAT根据AZ度角进行旋转变换
321     |                     边学边写
322     |**作者:  执念执战
323     |**时间:2015-11-30,7:45
324     |**********************************************************'''
325     MAT1=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
326     MAT2=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
327     MATx=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
328     MATy=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
329     MATz=[[0.0 for i in range(4)] for i  in range(4)]
330
331     ax=(3.1415926*ax)/180.0    #//角度转换为弧度量
332     ay=(3.1415926*ay)/180.0
333     az=(3.1415926*az)/180.0
334     '''/*****************************绕x轴旋转********************************************/'''
335
336     MATx[0][0]=1
337     MATx[0][1]=0
338     MATx[0][2]=0
339     MATx[0][3]=0    #//1  0        0       0
340     MATx[1][0]=0
341     MATx[1][1]=cos(ax)
342     MATx[1][2]=-sin(ax)
343     MATx[1][3]=0    #//0  cos(ax)    -sin(ax)   0
344     MATx[2][0]=0
345     MATx[2][1]=sin(ax)
346     MATx[2][2]=cos(ax)
347     MATx[2][3]=0    #//0  sin(ax)    cos(ax)    0
348     MATx[3][0]=0
349     MATx[3][1]=0
350     MATx[3][2]=0
351     MATx[3][3]=1    #//0  0         0       1
352
353     '''/*****************************绕y轴旋转********************************************/'''
354     MATy[0][0]=cos(ay)
355     MATy[0][1]=0
356     MATy[0][2]=sin(ay)
357     MATy[0][3]=0    #//cos(ay)    0    sin(ay)        0
358     MATy[1][0]=0
359     MATy[1][1]=1
360     MATy[1][2]=0
361     MATy[1][3]=0    #//    0    1    0        0
362     MATy[2][0]=-sin(ay)
363     MATy[2][1]=0
364     MATy[2][2]=cos(ay)
365     MATy[2][3]=0    #//    -sin(ay)    0        cos(ay) 0
366     MATy[3][0]=0
367     MATy[3][1]=0
368     MATy[3][2]=0
369     MATy[3][3]=1    #// 0     0    0        1
370
371
372     '''/*****************************绕z轴旋转********************************************/'''
373     MATz[0][0]=cos(az)
374     MATz[0][1]=-sin(az)
375     MATz[0][2]=0
376     MATz[0][3]=0    #//cos(az)    -sin(az)    0        0
377     MATz[1][0]=sin(az)
378     MATz[1][1]=cos(az)
379     MATz[1][2]=0
380     MATz[1][3]=0    #//    sin(az)    cos(az)        0        0
381     MATz[2][0]=0
382     MATz[2][1]=0
383     MATz[2][2]=1
384     MATz[2][3]=0    #//    0      0        1        0
385     MATz[3][0]=0
386     MATz[3][1]=0
387     MATz[3][2]=0
388     MATz[3][3]=1    #// 0       0        0        1
389
390     MAT1=MATRIX_multiply(MAT,MATx)
391     MAT2=MATRIX_multiply(MAT1,MATy)
392     return MATRIX_multiply(MAT2,MATz)
393     #return MAT
394
395 '''
396 /********************************************************************************/
397 /*------------------------------------------------------------------------------*/
398 /*            投影算法    三维转二维的相关函数                                    */
399 /*------------------------------------------------------------------------------*/
400 /********************************************************************************/
401 '''
402
403
404
405
406
407 def  OrtProject(Space):
408     '''********************************************************
409     |**函数: OrtProject
410     |**功能:透视投影(Perspective projection)
411     |**说明:简单透视
412
413     |                     边学边写
414     |**作者:  执念执战
415     |**时间:2015-11-30
416     |*********************************************************'''
417     Screen=zuobiaostruct()
418     Screen.x=(int)(Space.x)
419     Screen.y=(int)(Space.y)
420
421     return Screen;
422
423
424
425 def PerProject( Space,  XO,  YO):
426     '''**********************************************************/
427     |**函数: PerProject
428     |**功能:透视投影(Perspective projection)
429     |**说明:XO,YO为投影后的图形中心的屏幕坐标
430
431     |                     边学边写
432     |**作者:  执念执战
433     |**时间:2015-11-30
434     |********************************************************'''
435
436     Screen=zuobiaostruct()
437     if (Space.z==0):
438         Space.z=0.01        #//被除数不能为零
439     Screen.x=(int)(FOCAL_DISTANCE*Space.x /(Space.z+FOCAL_DISTANCE)+XO)
440     Screen.y=(int)(FOCAL_DISTANCE*Space.y /(Space.z+FOCAL_DISTANCE)+YO)
441     return Screen
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457 def RateCube_size( sx, sy, sz, x,y,color,X_Size=1,Y_Size=1,Z_Size=1, ratio=1):
458     '''**********************************************************/
459     |**函数: RateCube_size
460     |**功能:显示3D的立方体
461     |**说明:sx,sy,sz :角度值
462     |        x,y: 欲显示的坐标位置
463     |        X_Size,Y_Size,Z_Size:立方体的三个边长,默认为1
464     |        ratio:放大比例
465
466     |
467     |**作者: wcc  执念执战
468     |**时间:2019-6-3
469     |********************************************************'''
470     gMAT=[[0.0 for i in range(4)]  for n in range(4)]
471     temp=zuobiaostruct()
472     Cube_dis=[zuobiaostruct() for i in range(8)]
473
474
475
476
477     gMAT=structure_3D()                  #//构造为单位矩阵
478     gMAT=Translate3D(gMAT,-10,-8,-8)     #//平移变换矩阵,当为边长的一半的倒数时,图像绕着自己旋转,即原点在中心
479     gMAT=Scale_3D(gMAT,X_Size*ratio,Y_Size*ratio,Z_Size*ratio)  #//比例变换矩阵
480     gMAT=Rotate_3D(gMAT,sx,sy,sz)          #//旋转变换矩阵
481     gMAT=Translate3D(gMAT,8,8,8)        #//平移变换矩阵       x:调节距离中心点的位置,相当于下面Point0.z
482                                                           #//    y:上下调动位置 ,具体根据实际修改
483
484
485     for i in range(8):
486
487
488         temp=vector_matrix_MULTIPLY(Cube[i],gMAT)#    //矢量与矩阵相乘
489         Cube_dis[i]=PerProject(temp,0,0)#    //正射投影 xo,yo:position
490         Cube_dis[i].x+=x
491         Cube_dis[i].y+=y
492         #Cube_dis[i].x+=SCREEN_X_MAX
493         #Cube_dis[i].y+=SCREEN_Y_MAX
494
495
496     '''将目标顶点按照预期连接起来'''
497     GUI_Line(Cube_dis[0].x,Cube_dis[0].y,Cube_dis[1].x,Cube_dis[1].y,color)
498     GUI_Line(Cube_dis[0].x,Cube_dis[0].y,Cube_dis[2].x,Cube_dis[2].y,color)
499     GUI_Line(Cube_dis[3].x,Cube_dis[3].y,Cube_dis[1].x,Cube_dis[1].y,color)
500     GUI_Line(Cube_dis[3].x,Cube_dis[3].y,Cube_dis[2].x,Cube_dis[2].y,color)
501
502
503     GUI_Line(Cube_dis[0+4].x,Cube_dis[0+4].y,Cube_dis[1+4].x,Cube_dis[1+4].y,color)
504     GUI_Line(Cube_dis[0+4].x,Cube_dis[0+4].y,Cube_dis[2+4].x,Cube_dis[2+4].y,color)
505     GUI_Line(Cube_dis[3+4].x,Cube_dis[3+4].y,Cube_dis[1+4].x,Cube_dis[1+4].y,color)
506     GUI_Line(Cube_dis[3+4].x,Cube_dis[3+4].y,Cube_dis[2+4].x,Cube_dis[2+4].y,color)
507
508
509     GUI_Line(Cube_dis[0].x,Cube_dis[0].y,Cube_dis[0+4].x,Cube_dis[0+4].y,color)
510     GUI_Line(Cube_dis[1].x,Cube_dis[1].y,Cube_dis[1+4].x,Cube_dis[1+4].y,color)
511     GUI_Line(Cube_dis[2].x,Cube_dis[2].y,Cube_dis[2+4].x,Cube_dis[2+4].y,color)
512     GUI_Line(Cube_dis[3].x,Cube_dis[3].y,Cube_dis[3+4].x,Cube_dis[3+4].y,color)
513
514
515
516
517
518 Last_flg1=False
519 Last_flg2=False
520 Last_x1=0
521 Last_y1=0
522
523 Last_x2=0
524 Last_y2=0
525
526
527 def Rotatecircle( ax, ay, az,x, y,Z_Size, r, color ):
528     '''**********************************************************/
529     |**函数: Rotatecircle
530     |**功能:显示3D的圆
531     |**说明:sx,sy,sz :角度值
532     |        x,y: 欲显示的坐标位置
533     |        Z_Size:距旋转轴的距离
534     |        r:半径
535     |        color:颜色
536
537     |
538     |**作者: wcc  执念执战
539     |**时间:2019-6-3
540     |********************************************************'''
541
542     global Last_flg1
543     global Last_flg2
544     global Last_x1,Last_y1,Last_x2,Last_y2
545
546     gMAT=[[0.0 for i in range(4)]  for n in range(4)]
547     Point0=zuobiaostruct()
548     Point3=zuobiaostruct()
549
550     Point1=zuobiaostruct()
551     PointDis=zuobiaostruct()
552
553     gMAT=structure_3D()                             #//构造单位矩阵
554     gMAT=Translate3D(gMAT,-r,0,0)          #//平移变换矩阵
555     gMAT=Scale_3D(gMAT,3,3,3)                     #//比例变换矩阵
556     gMAT=Rotate_3D(gMAT,ax,ay,az)                 #//旋转变换矩阵
557     #gMAT=Translate3D(gMAT,-r/2,-r/2,-r/2)             #//平移变换矩阵
558
559
560
561     for i in range(0,r+r+1):
562
563         Point0.x=i
564         Point0.y=r-(r-sqrt(r*r-(r-i)*(r-i)))
565         Point0.z=0#Point0.z+Z_Size
566         Point3.x=i
567         Point3.y=r-(r+sqrt(r*r-(r-i)*(r-i)))
568         Point3.z=0#Point3.z+Z_Size
569
570
571         Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)    #//矢量与矩阵相乘
572         PointDis=PerProject(Point1,0,0)                    #//映射投影
573         #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
574         #PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX    #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
575                                     #//    还要注意图像不要大到超过两个屏
576
577         if Last_flg1 == True and  i!=0:
578             GUI_Line(PointDis.x+x,PointDis.y+y,Last_x1+x,Last_y1+y,color) #连接上次的保存,避免点的空隙过大
579         else:
580             GUI_Line(PointDis.x+x,PointDis.y+y,PointDis.x+1+x,PointDis.y+1+y,color)
581         Last_x1= PointDis.x
582         Last_y1= PointDis.y
583         Last_flg1=True
584
585         Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point3,gMAT)    #//矢量与矩阵相乘
586         PointDis=PerProject(Point1,0,0)            #//映射投影
587
588         #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
589        # PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX            #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
590         if Last_flg2 == True and  i!=0:
591             GUI_Line(PointDis.x+x,PointDis.y+y,Last_x2+x,Last_y2+y,color)#连接上次的保存,避免点的空隙过大
592         else:
593             GUI_Line(PointDis.x+x,PointDis.y+y,PointDis.x+1+x,PointDis.y+1+y,color)
594         Last_x2= PointDis.x
595         Last_y2= PointDis.y
596         Last_flg2=True
597
598
599 SETCH32X29=[[0 for i in range(128)] for i in range(4)]
600
601 '''//    设置宋体小二常规,    参数中的其他选项为纵向取模,字节倒序,保留,任何时候都加零'''
602 ''' 本字符集为 宽29 高 32的字符,使用时注意 32/8'''
603
604 '''
605 /*--  执--*/
606 /*-- 29 x32 ---*/
607 '''
608 SETCH32X29[0]=(0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0xFE,0xFC,0x04,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0xFC,
609 0xFC,0xFC,0x08,0x00,0x00,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,
610 0x81,0x81,0x81,0xFF,0xFF,0xFF,0x61,0x23,0xB3,0x93,0x82,0x82,0xFF,0xFF,0xFF,0x02,
611 0x02,0xFF,0xFF,0xFF,0x03,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x03,0x03,0x03,0x01,0x01,
612 0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x80,0xE0,0xF9,0x7F,0x1F,0x07,0x0E,0x1E,0x1C,0x1F,0x7F,
613 0xFF,0xF0,0x80,0xC0,0xF8,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x02,0x02,0x06,0x0E,0x0F,0x0F,0x0B,
614 0x0C,0x07,0x03,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x03,0x03,
615 0x07,0x07,0x07,0x00,
616 )
617
618 '''/*--  念 --*/
619 /*-- 29 x32 ---*/'''
620 SETCH32X29[1]=(
621 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0xC0,0xE0,0xF8,0xFC,0xBE,0x1E,0x3C,
622 0x70,0xE0,0xC0,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x20,0x30,
623 0x18,0x18,0x0C,0x26,0x27,0x23,0x21,0x21,0x20,0x21,0x27,0x2F,0x2F,0x24,0xE0,0xF1,
624 0xF1,0x73,0x27,0x06,0x0E,0x0E,0x0C,0x0C,0x04,0x00,0x00,0x00,0x80,0xC0,0xF0,0xF8,
625 0x78,0x00,0xFC,0xFC,0xFC,0x0B,0x0F,0x3E,0x3C,0x1E,0x07,0x07,0x03,0xE0,0xE0,0x88,
626 0x38,0xF8,0xF0,0xE0,0xC0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,0x01,0x01,0x00,0x00,0x07,
627 0x07,0x07,0x06,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x06,0x07,0x07,0x07,0x02,0x00,0x01,
628 0x01,0x00,0x00,0x00, )
629
630 '''/*--  执--*/
631 /*-- 29 x32 ---*/'''
632 SETCH32X29[2]=(
633
634 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0xFE,0xFC,0x04,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0xFC,
635 0xFC,0xFC,0x08,0x00,0x00,0x80,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x01,
636 0x81,0x81,0x81,0xFF,0xFF,0xFF,0x61,0x23,0xB3,0x93,0x82,0x82,0xFF,0xFF,0xFF,0x02,
637 0x02,0xFF,0xFF,0xFF,0x03,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x03,0x03,0x03,0x01,0x01,
638 0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x80,0xE0,0xF9,0x7F,0x1F,0x07,0x0E,0x1E,0x1C,0x1F,0x7F,
639 0xFF,0xF0,0x80,0xC0,0xF8,0xF8,0x00,0x00,0x00,0x02,0x02,0x06,0x0E,0x0F,0x0F,0x0B,
640 0x0C,0x07,0x03,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x03,0x03,
641 0x07,0x07,0x07,0x00, )
642 '''/*--  战 --*/
643 /*-- 29 x32 ---*/'''
644 SETCH32X29[3]=(
645
646 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFC,0xFC,0xFC,0x08,0x00,0x00,0x80,0x80,0x80,0x00,
647 0xFE,0xFE,0xFC,0x04,0x08,0x18,0x70,0xF0,0xF0,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xC0,
648 0xC0,0x80,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0x81,0x81,0xC9,0xC9,0xC9,0x89,0x0D,0x0F,0xFF,0xFF,
649 0xF4,0x04,0x04,0xC4,0xF6,0xF7,0x63,0x66,0x04,0x00,0x00,0x00,0xFF,0xFF,0xFF,0x80,
650 0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0x80,0xC3,0xFF,0x7F,0xFC,0xFF,
651 0xCF,0x07,0x01,0xF0,0xF0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x07,0x03,0x03,0x00,0x00,0x00,0x00,
652 0x00,0x08,0x0B,0x0F,0x07,0x06,0x03,0x01,0x01,0x00,0x00,0x00,0x01,0x03,0x07,0x07,
653 0x0F,0x0F,0x08,0x00,)
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664 def Show3DCharXxY(dp,dp_x,dp_y,ax,ay,az,x,y,Z_Size,color):
665     '''**********************************************************/
666     |**函数: Show3DCharXxY
667     |**功能:显示3D字体,需要自己取模,支持任意python环境
668     |**说明:dp:字体数组的名称,为需要取模的字体。如上面的 SETCH32X29[]数组
669                 取模方式:设置宋体小二常规,    参数中的其他选项为纵向取模,字节倒序,保留,任何时候都加零
670              dp_x,dp_y:取模字体的长宽,比如32x29的字符为:29,32/4,因为保存的字符格式为列项一个字节表示8个像素点,具体参考取模原理
671     |        ax,ay,az:角度值
672     |        x,y: 欲显示的坐标位置
673     |        Z_Size:距旋转轴的距离
674     |        color:颜色
675
676     |
677     |**作者: wcc  执念执战
678     |**时间:2019-6-3
679     |********************************************************'''
680
681     gMAT=[[0.0 for i in range(4)]  for n in range(4)]
682     Point0=zuobiaostruct()
683     Point1=zuobiaostruct()
684     PointDis=zuobiaostruct()
685
686     gMAT=structure_3D()                        #//构建单位矩阵
687     gMAT=Translate3D(gMAT,-16,-12,-6);         #//平移变换矩阵
688     gMAT=Scale_3D(gMAT,4,4,4);                #//比例变换矩阵
689     gMAT=Rotate_3D(gMAT,ax,ay,az);            #//旋转变换矩阵
690     #gMAT=Translate3D(gMAT,0,-8,8);             #//平移变换矩阵       x:调节距离中心点的位置,相当于下面Point0.z
691                                             #//y:上下调动位置 ,具体根据实际修改
692
693
694
695     for i in range(dp_y):
696         for k in range(8):
697             temp = 0x01 << k
698             for j in range(dp_x):
699                 data=dp[i*dp_x+j]
700                 if data & temp == temp:
701
702                     Point0.x=j
703                     Point0.y=(i*8)+k
704                     Point0.z =Z_Size        #//此参数能够改变字符距离旋转轴中心的距离
705
706                     Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)#//矢量与矩阵相乘
707                     PointDis=PerProject(Point1,0,0)       #//映射投影
708                     #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
709                     #PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX     #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
710                     Gui_Point(PointDis.x+x,PointDis.y+y,color)
711
712
713
714
715
716
717 def Show3D16x16Font(font,ax,ay,az,x,y,Z_Size,frontcolor,backcolor,model=0):
718     '''**********************************************************/
719     |**函数: Show3D16x16Font
720     |**功能:显示3D的16x16字符,为从汉字库读取的字符数据,支持数千个汉字
721     |        本函数需要 binascii  库的支持,不支持此库的环境无法运行本函数
722     |**说明:font:欲显示的汉字,目前只支持一个字符的显示,只支持汉字的显示
723     |        sx,sy,sz :角度值
724     |        x,y: 欲显示的坐标位置
725     |        Z_Size:距旋转轴的距离
726     |        frontcolor,backcolor:颜色,前景色和背景色
727     |        model:显示模式,只有模式为1时才填充背景色,否则只填充前景色
728     |
729     |**作者: wcc  执念执战
730     |**时间:2019-6-3
731     |********************************************************'''
732     length = len(font)
733     if length == 1: #只支持一个支付的显示
734         text = font
735     else:
736         return
737     gb2312 = text.encode('gb2312')
738     hex_str = binascii.b2a_hex(gb2312)
739     result = str(hex_str,encoding = 'utf-8' )
740
741     area = eval('0x' + result[:2]) - 0xA0
742     index = eval('0x' + result[2:]) - 0xA0
743     offset = (94 * (area - 1)+ (index - 1))*32
744     font_rect = None
745     with open("D:/Mystudy/Python/pyGame/HZK16","rb") as f: #16x16字符集的地址
746         f.seek(offset)
747         font_rect = f.read(32)
748     f.close()
749
750     gMAT=[[0.0 for i in range(4)]  for n in range(4)]
751     Point0=zuobiaostruct()
752     Point1=zuobiaostruct()
753     PointDis=zuobiaostruct()
754
755     gMAT=structure_3D()                        #//构建单位矩阵
756     gMAT=Translate3D(gMAT,-8,-8,-8);         #//平移变换矩阵
757     gMAT=Scale_3D(gMAT,4,4,4);                #//比例变换矩阵
758     gMAT=Rotate_3D(gMAT,ax,ay,az);            #//旋转变换矩阵
759     #gMAT=Translate3D(gMAT,8,8,8);             #//平移变换矩阵       x:调节距离中心点的位置,相当于下面Point0.z
760
761
762
763     i=0
764     k=0
765     j=0
766     XO=0
767     YO=0
768
769     for i in range(16):
770         for k in range(8):
771             temp = 0x01 << k
772             for j in range(2):
773                 data=font_rect[i*2+j]
774                 if data & temp == temp:
775
776                     Point0.x=16-(k+(1-j)*8)
777                     Point0.y=i #(i*8)+k
778                     Point0.z=Z_Size        #//此参数能够改变字符距离旋转轴中心的距离
779
780                     Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)#//矢量与矩阵相乘
781                     PointDis=PerProject(Point1,XO,YO)       #//映射投影
782                     #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
783                     #PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX     #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
784                     Gui_Point(PointDis.x+x,PointDis.y+y,frontcolor)
785                 else:
786                     if model ==1: #模式为1 时才会绘制底色
787                         Point0.x=16-(k+(1-j)*8)
788                         Point0.y=i #(i*8)+k
789                         Point0.z=Z_Size        #//此参数能够改变字符距离旋转轴中心的距离
790
791                         Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)#//矢量与矩阵相乘
792                         PointDis=PerProject(Point1,XO,YO)       #//映射投影
793                         #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
794                         #PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX     #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
795                         Gui_Point(PointDis.x+x,PointDis.y+y,backcolor)
796
797
798
799
800
801
802
803
804 def Show3D32x32Font(font,ax,ay,az,x,y,Z_Size,frontcolor,backcolor,model=0):
805     '''**********************************************************/
806     |**函数: Show3D32x32Font
807     |**功能:显示3D的32x32字符,为从汉字库读取的字符数据,支持数千个汉字
808     |        本函数需要 binascii  库的支持,不支持此库的环境无法运行本函数
809     |**说明:font:欲显示的汉字,目前只支持一个字符的显示,只支持汉字的显示
810     |        sx,sy,sz :角度值
811     |        x,y: 欲显示的坐标位置
812     |        Z_Size:距旋转轴的距离
813     |        frontcolor,backcolor:颜色,前景色和背景色
814     |        model:显示模式,只有模式为1时才填充背景色,否则只填充前景色
815     |
816     |**作者: wcc  执念执战
817     |**时间:2019-6-3
818     |********************************************************'''
819     length = len(font)
820     if length == 1:   #只支持一个支付的书写
821         text = font
822     else:
823         return
824     gb2312 = text.encode('gb2312')
825     hex_str = binascii.b2a_hex(gb2312)
826     result = str(hex_str,encoding = 'utf-8' )
827
828     area = eval('0x' + result[:2]) - 0xA0
829     index = eval('0x' + result[2:]) - 0xA0
830     offset = (94 * (area - 1)+ (index - 1))*32*4
831     font_rect = []*32*4
832     with open("D:/Mystudy/Python/pyGame/HZK32zkkh","rb") as f:#32x32字符集的地址,HZK32wryh 为微软雅黑字体,HZK32zkkh为站酷酷黑字体
833         f.seek(offset)
834         font_rect = f.read(32*4)
835     f.close()
836
837     gMAT=[[0.0 for i in range(4)]  for n in range(4)]
838     #temp=zuobiaostruct()
839     Point0=zuobiaostruct()
840     Point1=zuobiaostruct()
841     PointDis=zuobiaostruct()
842
843     gMAT=structure_3D()                        #//构建单位矩阵
844     gMAT=Translate3D(gMAT,-16,-12,-6);         #//平移变换矩阵,能够调节字体相对中心轴的位置
845     gMAT=Scale_3D(gMAT,4,4,4);                #//比例变换矩阵
846     gMAT=Rotate_3D(gMAT,ax,ay,az);            #//旋转变换矩阵
847     #gMAT=Translate3D(gMAT,8,8,8);             #//平移变换矩阵       x:调节距离中心点的位置,相当于下面Point0.z
848
849
850
851     i=0
852     k=0
853     j=0
854     XO=0
855     YO=0
856
857     for i in range(32):
858         for k in range(8):
859             temp = 0x01 << k
860             for j in range(4):
861                 data=font_rect[i*4+j]
862                 if data & temp == temp:
863
864                     Point0.x=32-(k+(3-j)*8)
865                     Point0.y=i #(i*8)+k
866                     Point0.z=Z_Size        #//此参数能够改变字符距离旋转轴中心的距离
867
868                     Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)#//矢量与矩阵相乘
869                     PointDis=PerProject(Point1,XO,YO)       #//映射投影
870                     #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
871                     #PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX     #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
872                     Gui_Point(PointDis.x+x,PointDis.y+y,frontcolor)
873                 else:
874                     if model ==1: #模式为1 时才会绘制底色
875                         Point0.x=32-(k+(3-j)*8)
876                         Point0.y=i #(i*8)+k
877                         Point0.z=Z_Size        #//此参数能够改变字符距离旋转轴中心的距离
878
879                         Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)#//矢量与矩阵相乘
880                         PointDis=PerProject(Point1,XO,YO)       #//映射投影
881                         #PointDis.x+=SCREEN_X_MAX
882                         #PointDis.y+=SCREEN_Y_MAX     #//用来解决超出屏幕后乱码的问题。去掉后顺时针转到超出左边界后会找不到坐标无限划线,
883                         Gui_Point(PointDis.x+x,PointDis.y+y,backcolor)
884
885
886
887
888
889
890
891
892 def example_1(ax,ay,az,x,y,char1,char2,forecolor,backcolor):
893     '''**********************************************************/
894     |**函数: example_1
895     |**功能:旋转立方体 + 旋转字符,字符为取模字符,支持取模,支持其他Python环境
896     |       只能显示取模字体
897     |**说明:
898     |        ax,ay,az :角度值
899     |        x,y: 欲显示的坐标位置
900              char1,char2:切换显示哪个字符
901     |        Z_Size:距旋转轴的距离
902     |        frontcolor,backcolor:颜色,前景色和背景色
903     |
904     |
905     |**作者: wcc  执念执战
906     |**时间:2019-6-3
907     |********************************************************'''
908     RateCube_size(ax,ay,az,x,y,forecolor,8,8,8,1)
909     RateCube_size(ax,ay+45,az,x,y,forecolor,12,12,12,1)
910
911     Show3DCharXxY(SETCH32X29[char1],29,4,ax,ay,az,x,y,-12,forecolor)
912     Show3DCharXxY(SETCH32X29[char2],29,4,ax,ay-90,az,x,y,-12,forecolor)
913
914 def example_2(ax,ay,az,x,y,char1,char2,forecolor,backcolor):
915     '''**********************************************************/
916     |**函数: example_2
917     |**功能:旋转立方体 + 旋转字符,字符为字符集,需要库支持,需要字符集支持
918     |        修改内部的 char 字符串可现实任意(字符集所支持的)中文字符
919     |**说明:
920     |        ax,ay,az :角度值
921     |        x,y: 欲显示的坐标位置
922              char1,char2:切换显示哪个字符
923     |        Z_Size:距旋转轴的距离
924     |        frontcolor,backcolor:颜色,前景色和背景色
925     |
926     |
927     |**作者: wcc  执念执战
928     |**时间:2019-6-3
929     |********************************************************'''
930
931     char="执念执战"
932     RateCube_size(ax,ay,az,x,y,forecolor,8,8,8,1)
933     RateCube_size(ax,ay,az,x,y,forecolor,12,12,12,1)
934
935     Show3D32x32Font(char[char1],ax,ay%90,az,x,y,-12,forecolor,backcolor,0)
936     Show3D32x32Font(char[char2],ax,ay%90-90,az,x,y,-12,forecolor,backcolor,0)
937
938 def example_3(ax,ay,az,x,y,char1,char2,forecolor,backcolor):
939     '''**********************************************************/
940     |**函数: example_3
941     |**功能:旋转的16x16的中文字符串
942     |        修改内部的 char 字符串可现实任意(字符集所支持的)中文字符
943     |**说明:
944     |        ax,ay,az :角度值
945     |        x,y: 欲显示的坐标位置
946              char1,char2:切换显示哪个字符
947     |        Z_Size:距旋转轴的距离
948     |        frontcolor,backcolor:颜色,前景色和背景色
949     |
950     |
951     |**作者: wcc  执念执战
952     |**时间:2019-6-3
953     |********************************************************'''
954     char="任意中文字符测试"
955     length = len(char)
956     for i in range(length):
957         Show3D16x16Font(char[i],ax,ay,az,x+16*4*i,y,2,forecolor,backcolor,0)
958
959
View Code     main.py 内容如下:

1 # -*- coding: utf-8 -*-
2 """
3 Created on Mon Jun  3 14:41:48 2019
4
5 @author: Administrator
6 """
7
8
9 from Transform3D import *
10 import cv2
11
12 def Pic3DShow(ax,ay,az,x,y,size):
13     '''**********************************************************/
14     |**函数: Pic3DShow
15     |**功能:显示3D图片
16     |**说明:ax,ay,az:旋转角度
17     |        x,y:显示位置
18     |        size:放大倍数
19             本函数由于是使用的基础运算符,没有加速,所以图片过大时,占用运算资源较多
20             修改为numpy来进行运算会快
21     |
22     |**作者: wcc  执念执战
23     |**时间:2019-6-3
24     |********************************************************'''
25
26
27     color1=[0,0,0]
28     img=cv2.imread("D:/Mystudy/Python/pyGame/python.png")
29     width=img.shape[1]
30     height=img.shape[0]
31
32     gMAT=[[0.0 for i in range(4)]  for n in range(4)]
33     Point0=zuobiaostruct()
34     Point1=zuobiaostruct()
35     PointDis=zuobiaostruct()
36
37     gMAT=structure_3D()                                  #//构建单位矩阵
38     gMAT=Translate3D(gMAT,-(width/2),-(height/2),0);  #//平移变换矩阵,绕着中心轴转
39     gMAT=Scale_3D(gMAT,size,size,size);                  #//比例变换矩阵,放大多少倍
40     gMAT=Rotate_3D(gMAT,ax,ay,az);                      #//旋转变换矩阵
41
42
43     for i in range(width):
44         for j in range(height):
45             color=img[j][i]
46             color1[0]=color[2] #将 opencv的BGR颜色转换为正常的RGB颜色
47             color1[1]=color[1]
48             color1[2]=color[0]
49             Point0.x=i
50             Point0.y=j
51             Point0.z=0
52             Point1=vector_matrix_MULTIPLY(Point0,gMAT)
53             PointDis=PerProject(Point1,0,0)
54             Gui_Point(PointDis.x+x,PointDis.y+y,color1)
55
56
57
58 SCREEN_X_MAX = 800 #屏幕的宽和高
59 SCREEN_Y_MAX = 600
60
61 BLACK=(0,0,0)
62 WHITE=(255,255,255)
63 RED=(255,0,0)
64 GREEN=(0,255,0)
65 BLUE=(0,0,255)
66
67 ForeColor = RED #前景色和背景色
68 BackColor = BLACK
69
70
71 pygame.init()
72 sx=0
73 sy=0
74 sz=0
75 turn=0
76 flg1=0
77 flg2=1
78 screen = pygame.display.set_mode((SCREEN_X_MAX,SCREEN_Y_MAX))
79
80 while True:
81     for event in pygame.event.get():
82         if event.type in (QUIT,KEYDOWN):
83             pygame.quit()
84             sys.exit()
85
86     sx+=1
87     sy+=1
88     sz+=1
89     turn+=1
90     if sy>89:
91         sy=0
92         flg1+=1
93         flg2+=1
94     if flg1>3:
95         flg1=0
96     if flg2>3:
97         flg2=0
98     screen.fill(BackColor)
99     example_1(0,sy,0,SCREEN_X_MAX/4,SCREEN_Y_MAX/2,flg1,flg2,ForeColor,BackColor)
100     example_2(0,sy,0,SCREEN_X_MAX/2+100,SCREEN_Y_MAX/2,flg1,flg2,ForeColor,BackColor)
101     example_3(0,turn,0,SCREEN_X_MAX/4,100,flg1,flg2,ForeColor,BackColor)
102     Pic3DShow(0,turn,0,100,100,3)
103     pygame.display.update()
104     #time.sleep(30/1000) #延时,防止速度过快
105
View Code

所有的代码都有基本注释,如果想要了解更详细的的3D算法的实现可以参考 https://wenku.baidu.com/view/ba9e9e64783e0912a2162ab2.html 等3维计算原理的讲解。

 本文代码和字库及图片打包见 附件

本文水平有限,内容很多词语由于知识水平问题不严谨或很离谱,但主要作为记录作用,能理解就好了,希望以后的自己和路过的大神对必要的错误提出批评与指点,对可笑的错误不要嘲笑,指出来我会改正的。 

 另外,转载使用请注明出处。                                                                                                

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