Python中用代码实现旋转地球！

用python实现旋转地球

素材

本文只讲最简单也是最常见的正侧面旋转地球。

首先你得有一张360度贴图，效果如下图。在网上搜一下，这种图很多，容易获得。

它的特点是高度恰好是宽度的一半，因为地球一周有360度，而从南极到北极只有180度。这种360度贴图，标明了每个经纬度上地球的表面效果。仔细观察会注意到，南北两极变形剧烈，而中间地带和我们经常见到的地图比较相似。

我们称它为经纬度贴图。

基本原理

旋转地球之所以看起来是旋转的，只是因为它上面显示的内容在变。其实起点只是一个圆。我们所做的，只是把经纬度贴图中的像素以合理的方式贴到圆上去。然后再把一帧帧图片连接为GIF动图即可。

贴图的方法是：

1、选择圆内的所有点。

2、计算每一点对应的经纬度。

3、从经纬度贴图上获取该经纬度对应的xy坐标

4、获取像素写入图片

5、制作GIF

计算过程是比较简单的球面几何，下面结合代码讲解。

1 获得圆内所有的点

这个比较简单

img=Image.new('RGBA',(300,300),'black')
w=img.size[0]
h=img.size[1]
pxList=[]
pyList=[]
foriinrange(w):
forjinrange(h):
r=math.sqrt((i-w/2)**2+(j-h/2)**2)
ifr<150:
pxList.append(i)
pyList.append(j)

2 计算经纬度

首先从平面坐标获得三维坐标

球面上的任意一点，有一个规律是x2 + y2 + z2 = 1

我们就用这个原理，可以获得圆内每个点的z值

根据x,y,z计算球面的经纬度

为了让计算速度尽量快一些，这里用numpy

defcalcSphereXY2XYZ(px,py,maxHeight,longOffset):
v0x=np.array(px)
v0y=np.array(py)
v03=np.subtract(v0x,maxHeight)
v04=np.subtract(v0y,maxHeight)
v1x=np.true_divide(v03,maxHeight)
v1y=np.true_divide(v04,maxHeight)
v07=np.power(v1x,2)
v08=np.power(v1y,2)
v09=np.add(v07,v08)
v0a=np.subtract(1,v09)
v1z=np.power(v0a,1/2)#z
#print('z:',max(v1z),min(v1z))
v1lat=np.multiply(v1y,math.pi/2)#lat
v0lon=np.arctan2(v1z,-v1x)
v1lon=np.add(v0lon,longOffset)#long
v2lon=np.fmod(v1lon,math.pi*2)#long
returnv2lon,v1lat

3 获取经纬度对应的xy坐标

就是一个简单的坐标映射

defcalcShpereLatLong2XY(vlon,vlat,width,height):
v3x0=np.multiply(vlon,width/2/math.pi)
v3y0=np.multiply(vlat,height/math.pi)
v3y1=np.add(v3y0,height/2)
v3x2=v3x0.astype(np.integer)
v3y2=v3y1.astype(np.integer)
returnv3x2,v3y2

4 获得像素点，并写入图片

首先，载入经纬度贴图的素材并转为numpy格式

imgBack=Image.open('EARTH_small.bmp')
width=imgBack.size[0]
height=imgBack.size[1]
imgBack=imgBack.convert('RGBA')
arrayBack=np.array(imgBack)

注意转换后的XY是反的，取点并直接赋值即可

color=arrayBack[npy,npx]
foriinrange(len(pxList)):
x=pxList[i]
y=pyList[i]
cc=color[i]
#print(cc)
cc=tuple(cc)
img.putpixel((x,y),cc)

5 GIF制作

使用的是imageio库

frames=[]
foriinrange(0,360,10):
a=-i*math.pi/180
img=getPic(a)
str1='temp%03d.png'%i
img.save(str1)
im=imageio.imread(str1)
frames.append(im)
#img.show()
imageio.mimsave('earth.gif',frames,'GIF',duration=0.25)

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