python的matplotlib的模拟太阳-地球-月亮运动

#---第1步---导出模块---
import numpy as np
import matplotlib as mpl
from matplotlib import pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.animation as animmation
#导出通用字体设置
from matplotlib import font_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---
def update(data):
    #声明为全局变量
    global line1, 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])
    return line1,line2,line3,

#---第4步---初始化框架---
def init():
    global line1, 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')
    return line1,line2,line3,

#---第5步---运动数据的产生---
def data_gen():
    global x0,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])
    return data

#---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()