#---第1步---导出模块---
importnumpy as npimportmatplotlib as mplfrom matplotlib importpyplot as pltfrom mpl_toolkits.mplot3d importAxes3Dimportmatplotlib.animation as animmation#导出通用字体设置
from matplotlib importfont_manager#定义引出字体模块、位置、大小
my_font = font_manager.FontProperties(fname="hwfs.ttf",size=20)#---第2步---初始化定义---#r1的大小与月球的速度和距离地球距离有关，越大越不好，建议10
r1 = 10
#r2是月球与地球的半径大小
r2 = 2
#π=圆周率(Pai)是圆的周长与直径的比值#omega1=2π是一个圆，是地球的运动一圈；1×π=为半圆。
omega1 = 2 *np.pi#定义omega2为几个π，与月球的公转速度有关#建议24π=代表月球以地球公转的一圈分12部分，12+12半圈#比如48π=24+24半圈，即将地球绕太阳一圈在分24部分，月球自转和公转的速度也加快
omega2 = 48 *np.pi#月球自转和公转的角度与地球公转的水平夹角
phi = 5 * np.pi / 180
#---第3步---更新函数定义---
defupdate(data):#声明为全局变量
globalline1, line2 , line3#地球公转运动的更新
line1.set_data([data[0], data[1]])
line1.set_3d_properties(data[2])#月球运动更新
line2.set_data([data[3], data[4]])
line2.set_3d_properties(data[5])#月球自转线的更新
line3.set_data([data[6], data[7]])
line3.set_3d_properties(data[8])returnline1,line2,line3,#---第4步---初始化框架---
definit():globalline1, line2, line3
ti=0
t=t_drange[np.mod(ti, t_dlen)]
xt1= x0 + 2*r1 * np.cos(omega1 *t)
yt1= y0 + 2*r1 * np.sin(omega1 *t)
zt1= z0 +0
xt2= xt1 + 2*r2 * np.sin(omega2 *t)
yt2= yt1 + 2*r2 * np.cos(omega2 * t)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2))
zt2= zt1 + (yt2 - yt1) *np.tan(phi)
xt21= xt1 + r2 * np.sin(2 * np.pi *t_range)
yt21= yt1 + r2 * np.cos(2 * np.pi * t_range)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2))
zt21= zt1 + (yt21 - yt1) *np.tan(phi)#地球位置、形状、颜色、大小设置
line1, = ax.plot([xt1], [yt1], [zt1], marker='o', color='blue',markersize=20)#月球位置、形状、颜色、大小设置
line2, = ax.plot([xt2], [yt2], [zt2], marker='o', color='orange',markersize=12)#月球绕地球的轨迹线和颜色purple=紫色
line3, = ax.plot(xt21, yt21, zt21, color='purple')returnline1,line2,line3,#---第5步---运动数据的产生---
defdata_gen():globalx0,y0,z0,t_dlen
data=[]for ti in range(1,t_dlen):
t=t_drange[ti]
xt1= x0 + r1 * np.cos(omega1 *t)
yt1= y0 + r1 * np.sin(omega1 *t)
zt1=z0
xt2= xt1 + r2 * np.sin(omega2 *t)
yt2= yt1 + r2 * np.cos(omega2 * t)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2))
zt2= zt1 + (yt2 - yt1) *np.tan(phi)
xt21= xt1 + r2 * np.sin(2 * np.pi *t_range)
yt21= yt1 + r2 * np.cos(2 * np.pi * t_range)/(np.cos(phi) * (1 + np.tan(phi) ** 2))
zt21= zt1 + (yt21 - yt1) *np.tan(phi)
data.append([xt1, yt1, zt1, xt2, yt2, zt2, xt21, yt21, zt21])returndata#---第6步---定义取值范围0~10，每个0.005取#地球公转的轨迹线刻度，越小越好，建议0.005，否则轨迹线不是圆形，有锯齿样类圆形
t_range = np.arange(0, 10 + 0.005, 0.005)#地球公转速度，越大速度越大，建议0.005，
t_drange = np.arange(0,10, 0.005)
t_len=len(t_range)
t_dlen=len(t_drange)#---第7步---三大星球的大小、颜色、坐标---#太阳的坐标位置，三维坐标
x0 =y0=z0=0#地球的运动中的坐标
x1 = x0 + r1 * np.cos(omega1 *t_range)
y1= y0 + r1 * np.sin(omega1 *t_range)
z1= z0 +np.zeros(t_len)#---第8步---定义图片f和ax等---#窗口大小也就是展示图片的画布大小：22=2200,14=1400，即2200×1400#这是窗口的背景颜色，有区别，默认白色
f = plt.figure(figsize=(22,14),facecolor='black',edgecolor='white')#这是画布的背景颜色，默认白色
ax = f.add_subplot(111,projection='3d',facecolor='black')#---第9步---太阳和地球轨迹线设置---#太阳的设置颜色，位置，大小
ax.plot([0], [0], [0], marker='o', color= 'red', markersize=100)#地球公转的轨迹线和颜色g=green=绿色，三维坐标
ax.plot(x1, y1, z1, 'g')#---第10步---图片的坐标刻度设置---#坐标轴刻度虽然不显示，但刻度的标记对整个图形有一定的拉伸影响#x坐标轴刻度范围
ax.set_xlim([-(r1 + 2), (r1 + 2)])#y坐标轴刻度范围
ax.set_ylim([-(r1 + 5), (r1 + 5)])#z坐标轴刻度范围
ax.set_zlim([-15, 15])#---第11步---图片标题等设置---#图示的标题#动画走起，f图片挂起动画里，不断更新，interval = 20=数值越小，速度越快
ani = animmation.FuncAnimation(f, update, frames = data_gen(), init_func = init,interval = 20)#坐标及其刻度隐藏
plt.axis('off')#图片标题、字体、颜色
plt.title(u'太阳-地球-月亮模拟示意图', fontproperties=my_font,color='r')#图片展现
plt.show()
