Manim快速入门指南：从零开始创建数学动画

宁菁令

于 2025-05-30 09:18:53 发布

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Manim快速入门指南：从零开始创建数学动画

manim A community-maintained Python framework for creating mathematical animations. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/man/manim

前言

Manim是一个强大的数学动画引擎，由3Blue1Brown的创作者开发，现由社区维护。本教程将带你快速上手Manim，通过几个简单的示例项目，让你掌握创建精美数学动画的基本技能。

环境准备

在开始之前，请确保你已经：

完成了Manim的安装
验证了安装是否成功
配置好了Python环境

如果你使用Python虚拟环境管理工具，请确保在使用Manim前激活了正确的虚拟环境。

创建第一个项目

让我们从创建一个新项目开始：

manim init project my-project --default

这个命令会创建一个名为my-project的文件夹，其中包含项目所需的所有基础文件和目录结构。

第一个动画：绘制圆形

打开项目中的main.py文件，你会看到如下基础代码：

from manim import *

class CreateCircle(Scene):
    def construct(self):
        circle = Circle()  # 创建一个圆形
        circle.set_fill(PINK, opacity=0.5)  # 设置颜色和透明度
        self.play(Create(circle))  # 在屏幕上显示圆形

这段代码做了以下几件事：

导入Manim的所有核心功能
创建一个继承自Scene的类
在construct方法中定义动画逻辑
使用Circle()创建一个圆形对象
设置圆形的填充颜色为粉色，透明度为50%
使用Create动画将圆形绘制到屏幕上

要渲染这个动画，在命令行中运行：

manim -pql main.py CreateCircle

参数说明：

-p：渲染完成后自动播放
-ql：使用低质量快速渲染（适合开发时使用）

进阶动画：正方形变圆形

让我们尝试一个更有趣的动画：将正方形变换为圆形。

class SquareToCircle(Scene):
    def construct(self):
        circle = Circle().set_fill(PINK, opacity=0.5)
        square = Square().rotate(PI/4)  # 旋转45度
        
        self.play(Create(square))  # 创建正方形
        self.play(Transform(square, circle))  # 将正方形变换为圆形
        self.play(FadeOut(square))  # 淡出动画

这个示例展示了Manim强大的插值能力，只需几行代码就能实现复杂的形状变换动画。

对象定位技巧

在Manim中，你可以精确控制对象的位置：

class SquareAndCircle(Scene):
    def construct(self):
        circle = Circle().set_fill(PINK, opacity=0.5)
        square = Square().set_fill(BLUE, opacity=0.5)
        
        square.next_to(circle, RIGHT, buff=0.5)  # 将正方形放在圆形右侧
        self.play(Create(circle), Create(square))

next_to方法用于相对定位：

第一个参数是参考对象
第二个参数是方向（RIGHT/LEFT/UP/DOWN）
buff参数控制间距

使用.animate语法

Manim提供了.animate语法，可以更自然地创建动画：

class AnimatedSquareToCircle(Scene):
    def construct(self):
        circle = Circle()
        square = Square()
        
        self.play(Create(square))
        self.play(square.animate.rotate(PI/4))  # 动画旋转
        self.play(Transform(square, circle))
        self.play(square.animate.set_fill(PINK, opacity=0.5))

.animate会动态展示方法调用的效果，而不是直接应用变化。

Transform与ReplacementTransform的区别

Manim提供了两种变换方式：

Transform：将一个对象的属性渐变到另一个对象
ReplacementTransform：直接替换场景中的对象

两者通常可以达到相似效果，但在复杂动画中表现不同：

class TransformExample(Scene):
    def construct(self):
        a = Circle()
        b = Square()
        c = Triangle()
        
        # 使用Transform
        self.play(Transform(a, b))
        self.play(Transform(a, c))
        
        # 使用ReplacementTransform
        self.play(ReplacementTransform(a, b))
        self.play(ReplacementTransform(b, c))